Movile - kolejny element układanki. Wywiad z Richem Bodenem

Rich Boden ukończył King’s College London, gdzie zaczął na wydziale chemii, by ostatecznie uzyskać dyplom z biochemii. Okoliczności sprawiły, że w ostatnim roku przypadł mu do realizacji projekt z immunologii, który zaraził go pasją badawczą i zachęcił do rozpoczęcia studiów doktoranckich. Zainspirowany wykładami dr Ann Wood o metabolizmie siarki i metylotrofii zaangażował się w jej projekt, analizując termodynamiczne szanse na życie w domniemanych wodach gruntowych Marsa. Na ostatnim roku jego projektem była analiza rozkładających aminy bakterii zamieszkujących osady na dnie Tamizy. Ostatecznie doktorat uzyskał na Uniwersytecie Warwick dzięki projektowi z dziedzin metylotrofii i metabolizmu siarki, za który otrzymał w 2008 nagrodę Młodego Mikrobiologa Roku (z ramienia Microbiology Society, obecnie zwana Professor Sir Howard Dalton Prize). Zanim objął stanowisko wykładowcy na Uniwersytecie Plymouth, dołączył do niewielkiego grona osób, którym dane było odwiedzić Jaskinię Movile w Rumunii. Obecnie prowadzi grupę badawczą zajmującą się biochemią i fizjologią metabolizmu siarki oraz opracowującą biotechnologie, w tym metody biometanowe i bioremediację ciężkich metali. Mieszka na wybrzeżu i w wolnym czasie oddaje się malarstwu.


Dziękuję, że poświęciłeś mi swój czas. Więc… jak można załapać się na wizytę w obcej jaskini? Jak przygotowywałeś się do tej wyprawy?

Niemal 10 lat temu, dr Alexandra Hillebrand, mikrobiolog z rumuńskiego Instytutu Emila Racovity w Bukareszcie skontaktowała się z laboratorium w którym pracowałem. Wysłała nam próbki z Movile do analizy, którą opublikowaliśmy około 2008/9. Mniej więcej w tym samym czasie aplikowaliśmy o grant do Natural Environment Research Council (NERC) w Wielkiej Brytanii na około £350,000, żeby zatrudnić mnie na trzy lata przy badaniu mikrobiologii Movile. Krótko mówiąc, otrzymaliśmy grant i zorganizowaliśmy naszą pierwszą ekspedycję w kwietniu 2010 i jeszcze jedną rok później (tą można obejrzeć na YouTube). Pierwotnie nie planowałem schodzić do jaskini osobiście, ale koło stycznia 2010, stwierdziłem, że tracę jedyną w życiu - i karierze - szansę, i że nie mogę jej zaprzepaścić, więc zrobiłem to!


Jak się czułeś w środku? Ile czasu tam spędziłeś? Czy miałeś podobne doświadczenia? Czy wróciłbyś tam ponownie?

Gorąco! Jest tam zaledwie 25 stopni Celsjusza, ale wysoka wilgotność sprawia, że odczuwalnie jest cieplej. Powietrze w jaskini nie jest powietrzem, które znamy z powierzchni - jest tam zaledwie 10% tlenu (połowa koncentracji na powierzchni), 3,5% dwutlenku węgla (100 razy więcej niż na powierzchni) oraz zawiera metan i wodór. Taka ilość dwutlenku węgla szybko wywołuje uczucie braku oddechu, z czasem stajesz się zmęczony i powolny. Jaskinia wywołuje stan zwany hiperkapnią, więc nie wolno tam spędzać więcej niż 6 godzin - my ograniczaliśmy się do 4-5 godzin, więc wciąż mieliśmy godzinę na powrót na powierzchnię. Wyjście wymaga długiego marszu pod górę, ciągnąc torby i pudła z ekwipunkiem, by ostatecznie wspinać się 20 metrów w górę po linie - co nie jest proste, gdy już brakuje ci tchu. Miałem wypadek podczas ostatniej wizyty (uchwycony na YouTube!), spadłem dwa metry i uderzyłem w skałę. Nie czuję się zbyt pewnie na myśl o powrocie, choć wiem że wszystko byłoby dobrze.

Świat zewnętrzny zasiał tam życie, ale jak bardzo samowystarczalna jest ta jaskinia? Czy to rzeczywiście zamknięty system? Gdyby coś zniszczyło życie na powierzchni, czy ekosystem w Movile by przetrwał?

On naprawdę jest stuprocentowo odcięty. Pierwotnie Movile była połączona z powierzchnią - była to zwykła jaskinia aż do około pięciu milionów lat temu, gdy spora jej część zawaliła się odcinając region który nazywamy Jaskinią Movile. “Movile” to rumuńska liczba mnoga “małego wzgórza” - nazwa bierze się od pierścienia wzgórz otaczających półkilometrowej średnicy depresję, która, jak mniemam była również wzgórzem, więc całkiem spory obszar uległ zapadnięciu. Czy życie w jaskini przetrwałoby zagładę życia na powierzchni? Bardzo prawdopodobne - nie ma ono żadnych interakcji z powierzchnią.


Jakie były korzyści z wyprawy dla twoich badań?

Od tych ekspedycji zależało pozyskanie próbek do naszych eksperymentów. Tak się złożyło, że dostałem nową pracę po dwóch latach trzyletniego projektu, więc ktoś inny przejął projekt po tym jak odszedłem. W życiu akademickim z reguły funkcjonujesz na jedno- lub trzyletnich kontraktach, dopóki nie osiągniesz poziomu doświadczenia, gdy możesz aplikować na stałe pozycje, takie jak na przykład wykładowca - i tak właśnie zrobiłem. Te pozycje nie trafiają się zbyt często, więc nie mogłem przegapić takiej okazji. Wciąż jednak, nawet po pięciu latach, ludzie pytają mnie o Movile, co zawsze jest miłe.


Jak nauka może skorzystać na badaniach tak egzotycznego i obcego środowiska? Co wnętrze jaskini mówi nam o tym co jest na zewnątrz?

Celem prac była próba zrozumienia jak złożone populacje mikrobów wchodzą w interakcje ze środowiskiem i ze sobą nawzajem, tak by makrobiolodzy mogli zrozumieć co spożywają nicienie i roztocza. Nasza praca była z pogranicza ekologii i eko-fizjologii. Wszystkie badania tego typu (niezależnie od badanego środowiska) dodają kolejny element do układanki mającej na celu zrozumienie Ziemi i tego jak różne pierwiastki chemiczne cyrkulują w przyrodzie i jak życie z nimi interaguje.


Biorafinacja, bioenergetyka, biohydrometalurgia - cóż to takiego?

To zupełnie niezwiązane prace. Prowadzę obecnie grupę, która bada głównie bioenergetykę mikrobów - jak zdobywają one energię, oraz - na poziomie białek - jak organizmy różnią się od siebie na tym podstawowym poziomie. Moja grupa badawcza pracuje również nad mikrobiologią stosowaną, szczególnie w zastosowaniu mikroorganizmów do wydobywania metali z rudy (biohydrometalurgia) oraz następnie do rafinacji i obróbki metali na nasz użytek (biorafinacja) - jest o tańsze i czyściejsze i “bardziej zielone” od współczesnych metodologii.

Jeśli się nie mylę, twoje badania, były co najmniej częściowo powiązane z trwającymi zmianami klimatycznymi. Czy mógłbyś powiedzieć o tym coś więcej mi i czytelnikom?

Tylko trochę powiązane! Prowadzę dwóch doktorantów wspólnie z kolegami dr Mickiem Hanley (który pracuje nad interakcjami między roślinami a owadami oraz nad tym jak zmiany klimatyczne wpływają na ich zależności) oraz prof. Camille Parmesan (która pracuje nad wpływem zmian klimatycznych na populacje owadów i współdzieli Pokojową Nagrodę Nobla z 2006 roku jako członek IPCC). Jeden badał wpływ podnoszenia się poziomu oceanów oraz fal sztormowych na użytki zielone - zwrócił uwagę na wszystkie skale od chemii gleb, przez mikrobiologię gleb, interakcje między roślinami i mikrobami, toksyczność soli dla roślin i to jak wpływa ona na populacje owadów zapylających gdy rośliny zostają uszkodzone przez sól - mój wkład głównie sprowadzał się do chemii i mikrobiologii gleb. Drugi student badał wpływ upraw bioenergetycznych na środowisko - chodzi o rośliny, które rosną naprawdę szybko i można je spalać w celu generowania energii lub fermentować na biometan - ponownie mój udział w tych badaniach tyczył się mikrobiologii i chemii gleb.


Wróćmy do jaskini. Czy możesz wskazać coś w Movile, co uznałbyś za najbardziej zaskakujące lub najdziwniejsze?

To było tak dawno, że szczerze powiedziawszy, trudno mi sobie przypomnieć. Używaliśmy tam ręcznego monitora gazów i odkryliśmy, że w powietrzu jest tam 0,2% wodoru - to było zupełnie nieoczekiwane. Pamiętam też, że widziałem tam owady i inne stworzenia, które całkowicie ignorowały światło i ludzi. Siedzieć tam w kompletnych ciemnościach, z wyłączonym lampami na hełmach, było jeśli nie przyjemnym, to otwierającym oczy przeżyciem. Znajdujesz się dosłownie w innym świecie, kompletnie odciętym od Ziemi jaką znasz.


To z pewnością egzotyczne życie, ale jako Węglowy Szowinista, muszę spytać - czy potrafisz sobie wyobrazić pozaziemskie życie, które nie jest oparte na węglu? Albo życie, które jest złożone, ale radzi sobie bez tlenu?

Cóż, prawdopodobnie więcej organizmów na Ziemi funkcjonuje bez tlenu niż z nim. Nie zapominajmy o ludziach, którzy używają pirogronianu zamiast tlenu i produkują kwas mlekowy, który czyni nasze mięśnie ociężałymi. Mikroorganizmy używają siarki, azotu, uranu, żelaza, manganu, pirogronianu, mórwczanu i tak dalej, jako że posiadają akceptory elektronów. Istnieją też zwierzęta i pierwotniaki, które mogą metabolizować beztlenowo - na przykład kolczugowce. Nie wiemy jeszcze jak szeroko rozprzestrzenione są te organizmy - nie trzeba szczególnie ekstremalnego środowiska, by nie mieć dostępu do tlenu - 0,05 milimetra wgłąb płytki nazębnej i już nie ma tlenu - i całe twoje jelito grube jest pozbawione tlenu, dlatego może tam żyć tak wiele produkujących metan archeobakterii.

Co do życia bez węgla - kto wie? Uznałbym to za wielki zbieg okoliczności, że całe znane życie na Ziemi jest oparte na węglu, podczas gdy dookoła jest tyle krzemu. Ale bezpośrednie homologi po prostu by się nie sprawdziły - na przykład wydychanie dwutlenku krzemu (piasku). Brzmi boleśnie! Kilka lat temu pojawiło się badanie sugerujące, że pewne organizmy używają arszeniku zamiast fosforu w DNA i ATP (ATA, jak je nazwano) - ale ani jedno laboratorium na świecie nie było w stanie zreplikować tych wyników. Jeśli kiedykolwiek, w wyniku ewolucji, pojawiło się życie używające czegoś zamiast fosforu, prawdopodobnie zostało wyparte przez to, które go używało i było bardziej wydajne, dlatego też jest normą na Ziemi. Wierzę, że gdzieś we Wszechświecie musi istnieć życie biorąc pod uwagę prostotę reakcji chemicznych, które dały początek cyklowi Krebsa w bajorach prebiotycznej zupy na Ziemi (badania Güntera Wächtershäusera). Ten sam proces mógł z łatwością zaistnieć gdzie indziej - szczególnie, że różne warianty eksperymentu Millera-Ureya pokazały, że budulce życia mogły się wykształcić w warunkach panujących na wielu znanych nam planetach.

Dzięki za poświęcony czas!

Doktora Bodena możecie śledzić na Twitterze: @bodenlab, i na YouTube: bodenrich

Zdjęcie na górze: Copyright (c) 2013 Plymouth University
Pozostałe: Credit: Patrick Landmann/SPL