Življenje obstaja celo v ledenikih. Foto: Osebni arhiv
Življenje obstaja celo v ledenikih. Foto: Osebni arhiv

Vam je zgornji citat znan? Če ste prikimali, se najbrž spomnite filma Jurski park, kjer o moči življenja razmišlja znanstvenik Ian Malcolm (Jeff Goldblum). Življenje tudi v resnici najde pot in uspeva v okoljih, v katerih človek ne more (pre)živeti. Ti organizmi so ekstremofili, ki so tokratna osrednja tema podkasta Številke. O njih je razmišljala mikrobiologinja Nina Gunde Cimerman. Vabljeni k poslušanju celotne epizode in/ali branju povzetka pogovora.

Vabljeni k branju in poslušanju

Letošnja rdeča nit so ekstremi. Na kaj vi pomislite ob tej besedi?
Na ekstremne pokrajine. To so pokrajine, ki jih definira en glavni dejavnik. V primeru mojega raziskovanja je to voda. Lahko jo primanjkuje, ker so v tistem okolju nizke temperature in je voda zmrznjena (npr. Arktika). Vode lahko primanjkuje, ker je kemijsko vezana na sol (npr. soline). Voda tam je, ampak organizmom ni na razpolago. Tak primer je tudi domača marmelada, kjer je voda vezana zaradi velike količine sladkorja in ni na voljo mikroorganizmom. Zato se marmelade tako dolgo ohranijo, bolj je sladka, dlje jo imate lahko v predalu.

Nina Gunde Cimerman je vodja raziskovalne skupine za biologijo mikroorganizmov na Biotehniški fakulteti Univerze v Ljubljani. Ekstremofile je najprej začela raziskovati v solinah. Foto: Osebni arhiv
Nina Gunde Cimerman je vodja raziskovalne skupine za biologijo mikroorganizmov na Biotehniški fakulteti Univerze v Ljubljani. Ekstremofile je najprej začela raziskovati v solinah. Foto: Osebni arhiv

Beseda ekstremofili je sestavljena iz besed extremus (skrajen, lat.) in φιλία (ljubezen, gr.). Kako strokovnjaki razumete besedo ekstremofil?
Ljudje smo zelo občutljivi, prenesemo zelo malo. Če nam vzamete tehnologijo in obleke ter nas gole postavite v okolje, tam zdržimo minimalno časa. Vsa okolja, ki so za nas naporna in težka, razglasimo za ekstremna. Taka okolja so lahko vroča, hladna, kisla, okolja v morskih globinah ... To za nas predstavljajo ekstrem. Razvoj Zemlje in nas ni potekal hkrati. Naš planet je nastal pred več kot 4,5 milijarde leti. Šlo je za popolnoma drug planet, kot da poznamo danes. Na začetku so bile samo bakterije, Zemlja je bila takrat veliko skrajno okolje. Še danes ni popolnoma jasno, ali je življenje nastalo v izjemno vročem ali izjemno hladnem okolju. Ti teoriji se dopolnjujeta, nobena ni popolnoma potrjena.

To, kar je za nas ekstremno, za stare oblike življenja ni. To je za njih običajno. Če bi iz našega enotropocentičnega stališča definirali besedo ekstremno, potem je to tisto, kar neki (mikro)organizem potrebuje neki ekstrem. Zunaj območja tega ekstrema ne more živeti. Če je neki organizem termofilen, to pomeni, da bo lahko živel samo pri temperaturah, ki so za nas skrajno vroče (npr. nad 60 stopinj Celzija). Po današnjih podatkih organizmi lahko živijo do 123 stopinj Celzija. Organizem pri naši telesni temperaturi (37) ali pa temperaturi okolja (20) ne bo preživel, saj se mora kuhati, zato je ekstremofilen. Vse ostalo, kar se vede kot mi, ljudje razglašamo za mezofilne, ti organizmi ljubimo povprečje, mi ekstreme težko prenašamo.

Poudarili ste tezo, da se ljudje postavljamo v središče. To velja tudi v časovni premici, naši predniki so nedolgo nazaj (vsaj v razmerju starosti planeta) živeli v razmerah, ki so bila precej bolj ekstremna (npr. ledene dobe).
Drži. Niso se tako zelo dobro obnesli, pobili so mamute, da so se lahko zavili v njihove kožuhe. Šele v takih razmerah so preživeli. Danes v razvitem svetu ljudje preživijo 90 odstotkov svojega življenja v notranjih okoljih. Ta so zaščitena pred vsemi zunanjimi dejavniki, ogradili smo se, urbanizirali smo svet. Tako smo ga tudi spremenili. V teh okoljih smo ustvarili ekstremne niše za mikroorganizme, ne da bi se tega sploh zavedali. Vzemimo primer pomivalni stroj. Zanj velja, da je to skrajno čisto okolje. Posoda iz stroja je čista. V resnici pa je v tem pomivalnem stroju veliko nekih niš in špranj, kamor pritekata voda in hrana. To so okolja, ki jih najbolj trdoživi, ekstremofilni organizmi zasedajo. Če primerjamo mikrobe, ki živijo v stanovanjih s tistimi, ki živijo v naravi, so to popolnoma druge vrste. Izhajajo iz narave, ampak so se v naših okoljih drugače namnožili, kot bi se pojavili v naravi. Določenih vrst je veliko, določeni pa izginjajo. Najbolj trdoživi pa so se navadili na naše detergente in vroče temperature.

Znanstvenica vzorči meso tjulnjev, ki se suši na zraku in je namenjeno za hranjenje psov, ki vlečejo pasje vprege. V tem s hranili revnem okolju je to mikrobna niša, na tem primerku je našla črne kvasovke. Foto: Osebni arhiv
Znanstvenica vzorči meso tjulnjev, ki se suši na zraku in je namenjeno za hranjenje psov, ki vlečejo pasje vprege. V tem s hranili revnem okolju je to mikrobna niša, na tem primerku je našla črne kvasovke. Foto: Osebni arhiv

O tem ste prav vi prvi poročali, to je pa tudi primer vašega radovednega značaja, saj ste se do te ideje dokopali ob koncu bolniškega dopusta. Ugotovili ste, da v strojih prebiva od 5 do 6 vrst. Zakaj te ne živijo v prijaznejših okoljih?
Tam je preprosto prevelika konkurenca. Ti organizmi so v običajnih okoljih izpodrinjeni na račun mezofilov. Lahko pa se razširijo tam, kjer je manj konkurence. Taka okolja pa jim ustvarimo mi. Leta 2012 sem bila na bolniškem dopustu, proti koncu sem postajala nemirna, v takem stanju nisi še popolnoma zdrav, rad pa bi nekaj počel. Kot lev v kletki sem hodila po stanovanju. Ustavila sem se pred pomivalnim strojem in prvič pomislila, da je to v resnici ekstremno okolje. Najprej sem pomislila, nič ni tukaj. Vseeno pa sem vzela vzorec, ga pozneje nesla v laboratorij, naredili smo analize. Na veliko osuplost smo odkrili, da je moj pomivalni stroj zelo naseljen, tam je bilo res 5–6 vrst. Vse so oportune patogene vrste, to so tiste, ki te lahko napadajo, to pa ni nujno. Med temi vrstami je bila zlasti ena, ki je bila do takrat najdena morda le v 5 ali 6 okoljih na svetu. Nihče je ni našel v tako velikih količinah, znano je bilo, da živi v tropih, naseljuje pa tudi ljudi in bolnike in lahko povzroča obolenja.

Ne bom trdila, da sem najboljša gospodinja na svetu, a tako slaba tudi nisem (smeh). Raziskavo smo razširili na pomivalne stroje sodelavcev, dobili smo podobne rezultate, iz tega je nastala svetovna študija. Ugotovili smo, da po vsem svetu približno od tretjine do 50 odstotkov strojev naseljuje istih pet vrst! Od Arktike do Mehike! To je bilo zelo nenavadno. Pomivalni stroji imajo tako definirano notranje okolje, ne glede na vodo ali hrano, je vedno prišlo do izbora istih pet vrst. To veliko pove o naravni selekciji.

Kako pa ti organizmi pridejo na in v stroje?
Za pomivalne in pralne stroje je glavni vnos voda, ki teče po ceveh. Te so lahko cementne, kovinske, plastične, ampak na vseh ceveh lahko nastanejo obloge, biofilmi, to so mikrobne združbe bakterij in gliv, vsake čase se kak košček odlepi, nekaj jih je tudi v vodi. Po teh napravah to pride v stroj. V vodi je teh organizmov malo, a ko jim ustvariš ustrezne razmere ... Tisti, ki se prilagodijo, tudi preživijo.

Sedma sezona je rezervirana za ekstreme

Človek ne more živeti v pralnem stroju, pa tudi na precej drugih točkah na našem planetu. Ali v vseh ekstremnih okoljih obstaja življenje?
To je dobro vprašanje. Ledeniki, sneg ... ta okolja so še pred 20 leti veljala za okolja, v katera se lahko neki mikroorganizem ujame (npr. s pihanjem vetra), sneg pade na površje ledenika, v snegu so mikroorganizmi, naslednje leto se ta spremeni v led, ta pa se nato pomika proti globini ledenika. Če ugotavljate starost ledu, lahko mirno rečemo, da ta čas niha 0 (na površju) do 150.000 let (popolnoma v globini). Ledenike so vedno imeli za časovne stroje. Danes vemo, da so ledeniki izjemno dinamični sistemi in spadajo v kriosfero, ki pokriva petino Zemlje. Mikroorganizmi lahko živijo v tankih kapilarah, ki nastanejo okrog kapilar slanice, te pa okrog posameznega kristala ledu. Ves led je prepreden z mrežo kapilar. Tam lahko živijo, dolgo časa traja, da se celice delijo, a aktivno živijo! Lahko živijo tudi v globini ledenika. Masa ledu pritiska na podlago, kjer je teža največja, pride do raztapljanja čisto spodnjih plasti ledu, tam nastane tanek film vode, gre za nekaj centimetrov vode. Mikroorganizem, ki je padel na površje, preživel 150.000 let, prišel do globine in vode, se tam lahko začne razmnoževati. Nastanejo lahko zelo veliko populacije mikroorganizmov! Ko se ledeniki masovno tajajo, se tajajo tudi oni in se sproščajo v okolje. Prihajamo v položaj, ki je za nas nov.

Življenje ... v ledu! Foto: Osebni arhiv
Življenje ... v ledu! Foto: Osebni arhiv

Novo je tudi spoznanje, da je precejšnji del ledu črn. Znanstveniki so sprva mislili, da gre za ostanek saj, a resnica je drugačna.
Drži. Na Grenlandiji je 1,7 milijona kvadratnih kilometrov ledu, tretjina tega je črna. Če jo preletite, je videti prav grozljivo – umazano črna. Ta črnina vpliva na albedo, na odboj svetlobe. Zaradi tega se odbije bistveno manj svetlobe, zato se led hitreje taja. Do pred nekaj let je veljalo, da je to posledica industrijskega smoga, drobirja, prinesenega z vetrom. Zdaj vemo, da črnino povzroča cvetenje dveh vrst alg, ki sta se pojavili na površini talečega se ledu. Na površini se je pojavil film vode, tam alge cvetijo kot v morju. Te alge niso nekaj novega, prvič so bile odkrite že leta 1897. Takrat jih je bilo za kak meter tu in tam, vse skupaj nič. Tak razmah se je zgodil v zadnjih 20 letih. Ne vemo, kaj bi s tem naredili, da bi se to ustavilo. Teh alg ne znamo gojiti v laboratorijih, zato jih je težko proučevati. Razmere za delo na sami Grenlandiji niso tako preprosti in poceni. To cvetenje alg je povzročilo še dodatne spremembe. Voda se tako masovna taja in pronica v špranje v ledu, lahko segajo vse do podlage. V njej so bakterije arheje, ki povzročajo nastanek metana, ki pronica v okolje. To velja še zlasti za robove grenlandske plošče. Metan je toplogredni plin, ki je 20-krat močnejši od CO2. Več metana se sprosti, več ledu se staja, to pa povzroča rast alg, gre za pospešeno zanko.

Koliko časa to lahko traja, da se staja usodna količina ledu?
Po podatkih, ki jih imamo raziskovalci glede Grenlandije, kaže, da smo že prečkali rob in se stvari ne da obrniti. Morda se to sliši pesimistično, a glede na naše podatke kaže, da smo že prepozni. Zelo velike mase ledu se tajajo, na Arktiki se temperature površinskega zraka dvigajo dvakrat hitreje kot drugje po svetu. Težko si je ob tem scenariju predstavljati kaj optimističnega.

Na fotografiji je ledena jama pod ledenikom, oziroma med permafrostom spodaj in ledenikom zgoraj. Ta lahko nastane ob tajanju ledu, ko se kanal v ledu napolni z vodo, plasti ledu se pa nato sesedejo. Foto: Osebni arhiv
Na fotografiji je ledena jama pod ledenikom, oziroma med permafrostom spodaj in ledenikom zgoraj. Ta lahko nastane ob tajanju ledu, ko se kanal v ledu napolni z vodo, plasti ledu se pa nato sesedejo. Foto: Osebni arhiv

Ekstremne razmere so s tem še bolj ranljive.
Tako je, to ste zelo dobro povzeli. Ko se to dogajanje enkrat začne, dobi pospešek. Problem je ravno v pospešku.

Imate radi vesolje?
Ena od stvari, ki bi jih rada doživela, pa je najbrž ne bom, je, da bi odkrili na kakšnem planetu življenje. Absolutno imam rada vesolje! Želim si doživeti kot znanstvenica trenutek, ko bi na drugem planetu dokazali, da je življenje. To v vesolju je, drugo vprašanje pa je, ali ga nam bo uspelo najti.

Življenje na Veneri? V njeni atmosferi zaznali plin fosfin.

Spet pogled iz človeškega življenja, mi smo nastali v za nas idealnih razmerah. V ekstremnih okoljih živijo nekateri organizmi, ekstremna okolja pa so tudi tam zunaj. Zato vesolje predstavlja neki naravni oder za ekstremofile.
Tisti, ki se ukvarjamo z ekstremofilno mikrobiologijo, se po navadi ukvarjamo tudi z astromikrobiologijo, kar nima zveze z nebesnimi znamenji (smeh), ampak s proučevanjem takih razmer na Zemlji, ki jih lahko primerjamo z razmerami na tujih planetih. Glede na naše razmere lahko sklepamo, da bi življenje lahko obstajalo drugje. Tak analogni primer je jezero Vostok na Antarktiki, pokrito je z ogromno debelim ledenim pokrovom (4,5 km). Dolgo je trajalo, da je bilo sploh odkrito s sonarji. Pod pokrovom je velika masa slane vode. Ko so prevrtali 4 km globoko, so v ledu našli mikroorganizme, ki so prišli iz vode spodaj. Pri teh razmerah, ki so zelo podobni temu, kar bi bilo lahko na Marsu ali luni Evropa. Življenje je, vprašanje je samo tehnologije, ali nam bo to uspelo najti. Ni razloga, da to ne bi bilo mogoče.

Življenje na Veneri? Pogovor je nastal tik pred odkritjem fosfina na Veneri. O tem odkritju je po Številkah spregovorila posebej za ta članek

To odkritje je res vznemirljivo! Fosfin sicer lahko nastane nebiološko, npr. na planetih kot sta Jupiter in Saturn, v izjemno vročih spodnjih plasteh atmosfere, pri visokem tlaku in nato pronica v zgornje plasti atmosfere. Tam ga je malo, vendar je. Na Zemlji pa je pa to eden od znakov mikrobiološke aktivnosti v anaerobnih okoljih.

Odprto je torej vprašanje, ki vse bega, ali je fosfin v zgornjih plasteh atmosfere Venere biološkega ali kemijskega izvora. Če bi nastal kemijsko, v spodnjih plasteh atmosfere, kjer so razmere izjemno ekstremne – kisli oblaki s temperature okrog 400 stopinj Celzija, bi ga bilo predvidoma zelo, zelo malo v zgornjih plasteh. Sem in tja kakšna molekula.

Tisto, kar razburja, je to, da je bil najden v bistveno večjih količinah v zgornjih plasteh atmosfere, 50-60 km nad površjem, kjer je sicer kislo okolje, vendar pa je temperatura prijetnih 28 stopinj Celzija.

Pri takih pogojih na Zemlji obstaja mikrobiološka aktivnost. Težko je s tem kar zdaj vemo, izključiti, da ne bi bila tudi na Veneri. Jaz si seveda želim, da bi to potrdili, vendar bo pa potrebnih še kar nekaj vzorčenj za dopolnitev tega posrednega "dokaza". Vsekakor pa veliko obeta!

V preseku vesolja in ekstremofilov se tudi kaj že najde, denimo, počasniki, ki so jih že pošiljali v vesolje.
V vesolje so poslali tudi lišaje in črne kvasovke. Pri svojem delu z mikroorganizmi se največ ukvarjam z glivami, med njimi tudi črnimi kvasovkami. Te naseljujejo soline, ledenike in pomivalne stroje. Poslali so jih tudi v vesolje, dolgo so bili izpostavljeni dogajanju, a preživelost je bila izjemno dobra.

Gostja je razmišljala tudi o drugačnih ekstremih ... Foto: MMC RTV SLO
Gostja je razmišljala tudi o drugačnih ekstremih ... Foto: MMC RTV SLO

V svojem življenju ste tudi sami doživeli nekaj ekstremnih dogodkov, kot je bilo v otroštvu, denimo, selitev v Libijo. Čez noč ste bili prisiljeni življenja v novem okolju, učenja novega jezika ...
To so bili časi, ko se starši niso tako zelo obremenjevali, kako bodo spremembe okolja delovale na otroke. Starši so se odločili za selitev v Libijo, oče je bil gradbeni inženir. Mesec za njim smo šli z mamo in s sestro. V Ljubljani sem naredila prvi razred OŠ, nato sem nadaljevala 2. razred v italijanski šoli v Libiji. Tam nisem imela nobenega pripravljenega obdobja. Znašla sem se, če ti nihče ne razlaga, da je to strašno in grozno, potem nekako le plavaš. To se je zgodilo, prvi in drugi dan sem bila malo šokirana. Šlo je za katoliško šolo, imeli smo uniformo, šlo je za dekliško šolo, vse sošolke so govorile italijansko, bil pa je še majhen del arabskih deklet, ki so jih priključili. V enem mesecu sem znala italijansko. Sprva besede, ki niso primerne za najin pogovor (smeh), šlo je za boj za preživetje v okolju. Leto pozneje sem razmišljala in pisala v italijanščini. Štiri leta smo živeli v kraju Idrisa, v tem času je prišlo do revolucije, Gadafi je odstranil kralja in prevzel vodenje države. Takrat so se stvari zelo spremenile, zaprli so vse šole, odgnali so Američane in Italijane, Slovence so pustili. Narejena je bila improvizirana mednarodna šola, kamor smo hodili vsi, ki smo tam še ostali. Starši so ugotovili, da je čas za vrnitev, v 6. razred sem šla spet v domači OŠ, kjer sem spet doživela spet precejšnji kulturni šok.

Nina Gunde Cimerman in njena igra asociacij. Foto: MMC RTV SLO
Nina Gunde Cimerman in njena igra asociacij. Foto: MMC RTV SLO

Še ena ekstrema zgodba iz vašega življenja je zanimiva. V prvem letniku biologije niste ravno blesteli, zaradi opazke asistenta o vašem neznanju pa ste skoraj iz kljubovanja nato posvetili tej znanosti.
V gimnaziji nisem bila najbolj vzorna dijakinja, to je bilo obdobje, ko se iščeš. Gimnazijo sem v redu končala, treba se je bilo odločiti za študij. Zanimalo me je ogromno stvari, preveč stvari me je zanimalo. Odločila sem za krajinarstvo, ki je bilo razpisano šele za naslednje leto. Morala sem počakati eno leto, zato sem se vpisala na biologijo. Bila mi je všeč, ni pa me popolnoma izpopolnjevala. Ker je bila to začasna rešitev, sem prvi letnik vzela ne pretirano resno. Pri organski kemiji smo imeli asistenta, ki je opazil dekle, ki počne vse drugo, razen, da bi spremljalo pouk. Enkrat me je poklical pred tablo, nisem imela pojma o snovi. Zvečer je sledila študentska zabava, kjer je asistent pristopil do mene in mi rekel, da 'me naslednje leto ne bo več zraven, saj te tole ne zanima'. To me je tako razjezilo, da ne bo tako, od takrat sem študirala in doštudirala. Praktično cela moja poklicna pot je povezana biologijo.

Kako pa sami motivirate študente?
Z zgodbami, ki kažejo, da je v življenju in znanosti potrebno dvoje – znanje, ki pa ni dovolj, drugo pa je prepoznati naključje. Če to združiš, potem lahko prideš do odkritij, to ne velja le za znanost, ampak tudi zasebno življenje. Ni dovolj le, da se vsega naučiš ali pa da računaš na srečo. Moraš se naučiti dovolj, da te to opremi za življenje, imeti pa moraš tudi sposobnost, da to povežeš, prepoznati moraš vzorce.

Vabljeni k poslušanju celotnega pogovora (kliknite na spodnjo sliko), v katerem Nina Gunde Cimerman govori, v katerih kuhinjskih aparatih so še našli mikroorganizme, ali so ti nevarni za naše zdravje, ali kaj živi v vulkanih, koliko vrst gliv hrani v laboratoriju v Ljubljani, financiranju znanosti v Sloveniji ...