האם גילינו חיים חייזריים? [מדע פופולארי]

מיקרובים שאוכלים ונושמים חשמל כפו על מדענים לנסות ולדמיין מחדש את שאלת החיים – על כוכב הלכת הזה ועל אחרים

קנת׳ נילסון גילה שקיימים חיידקים שיכולים להניח אלקטרונים ישירות על מינרלים ול״נשום״ חומר מוצק באמצעות חוטים כימיים זעירים

קנת׳ נילסון גילה שקיימים חיידקים שיכולים להניח אלקטרונים ישירות על מינרלים ול״נשום״ חומר מוצק באמצעות חוטים כימיים זעירים. תמונה: מדע פופולארי

הכתבה פורסמה לראשונה במגזין Popular Science ישראל בגיליון 250 שראה אור בפברואר 2015 ונכתבה במקור על ידי קורי ס. פאוול.

קנת’ נילסון נראה שפוי ביותר לגבי אדם שלמעשה זה עתה אמר לי שיש לו מושבה של חייזרים בחממה במעבדה שלו.

אנחנו עומדים מצופפים במשרד הצנוע שלו באוניברסיטת סאות’רן קליפורניה (USC), בקומה החמישית של בניין סטאופר. נילסון לובש חולצה קצרה ומקומטת, זוג נעלי מוקסינים ישן מזמש, גרביים לבנות – הלבוש האקדמאי הנינוח הסטנדרטי – ונשען בנוחות לאחור בכיסאו. אוסף מעודד של פרסים אקדמיים תלוי על קיר אחד. מאחוריו שעונה גיטרה שכבר עברה הרבה בחייה, אותה הוא לוקח לפעמים לידיו כדי ללוות את שירתה של רעייתו. בצד השני של המסדרון נמצא ההסבר לביטחון השקט שלו: כלים ובקבוקים מזכוכית מלאים בחיידקים שעסוקים בפירוק חוקי הביולוגיה המקובלים מזה זמן רב.

תמצית החיים, מסביר נילסון, היא אנרגיה. החל מהלווייתן הכחול האדיר ועד למיקרוב הצנוע ביותר, כל אורגניזם תלוי בהנעת ובתמרון אלקטרונים; זהו הדלק שחומר חי מנצל כדי לשרוד, לצמוח ולהתרבות. החיידקים ב-USC תלויים גם הם באנרגיה, אבל הם משיגים אותה בצורה שונה באופן יסודי. הם לא נושמים במובן שאתם ואני נושמים. במקרים הקיצוניים ביותר, הם גם לא צורכים מזון קונבנציונלי בכלל. במקום זה הם מספקים לעצמם כוח בצורה האלמנטרית ביותר: על ידי אכילת ונשימת חשמל. נילסון מניד את ראשו לכיוון המעבדה שלו. זה מה שהם עושים ממש שם, ברגע זה.

שנים שטוענים שזה בלתי אפשרי

“כל ספרי הלימוד טוענים שזה אמור להיות בלתי אפשרי”, הוא אומר, “אבל וואלה, הדברים האלה פשוט ממשיכים לגדול על האלקטרודה, ואין שם מקור אנרגיה אחר”. גדלים על האלקטרודה. זה נשמע בלתי יאמן. נילסון מסתובב על כיסאו כדי לפנות אליי ונותן לי חיוך זדוני. “זה קצת כמו מדע בידיוני”, הוא אומר. לביולוג, מציאת חיים שמתקדמים להם ללא מקור אנרגיה מולקולרי כמו פחמימות הוא בלתי סביר בערך כמו לראות נוסעים עפים באוויר בלי מטוס.

התגלית מגיעה עם כמה השלכות משמעותיות. ברמה הפרקטית, אפשר יהיה לרתום חיידקים חשמליים כדי ליצור תאי דלק ביולוגיים או לנקות פסולת אנושית. נילסון מספר לי שאחד הסטודנטים שלו לשעבר זכה לאחרונה למענק לצורך בניית מערכת ביוב מופעלת חיידקים. אבל לעצם העניין, נראה שמיקרובים שכאלה מרכיבים ממלכת חיים אדירה על כוכב הלכת הזה שברובה טרם נחקרה. יש סיכוי שהם חלק חשוב מהמגוון הביולוגי גם על כוכבי לכת אחרים משלנו.

תמונה: מדע פופולארי

תמונה: מדע פופולארי

כמו כל סיפור חייזרים טוב, הסיפור הזה מתחיל בחטיפה – גם אם מדובר בחטיפה מדעית באופן מוחלט. החטוף במקרה הזה לא היה אדם אלא מינרל. נילסון נשען בכיסאו ומתחיל לספר את הסיפור.
ב-1982 הוא היה פרופסור במכון האוקיינוגרפי סקריפס, כשהוא שמע על התרחשויות מוזרות באגם אוניידה בצפון מדינת ניו-יורק. בכל אביב, מי הפשרות שלגים שוטפים מנגן מההרים המקיפים אל תוך האגם. אז, מערבלות הרוחות את המים, ומאפשרות למתכת המומסת להשתלב בצורה יעילה עם חמצן כדי ליצור תחמוצת מנגן, אשר שוקעת לקרקעית האגם. הבעיה הייתה, שהמדענים לא מצאו כמויות קרובות לאלה להן הם ציפו. משהו גרם לתחמוצת המנגן להיעלם, ביותר מפי 1,000 מהקצב הצפוי מבחינה גאולוגית, ואף אחד לא הצליח להבין למה.

״ייקח לנו 15 שנים להסביר לעולם שזה אמיתי״

“אם הקצב היה באמת מהיר עד כדי כך, ידעתי שזה חייב להיות בעקבות תרחיש ביולוגי”, אומר נילסון. הוא חשד שחיידקים באגם נפטרים מתחמוצת המנגן כמעט באותה מהירות בה היא נוצרת. התאוריה הזאת הייתה הגיונית לחלוטין, אבל היא פעלה בניגוד למה שכתוב בספרי הלימוד – שמיקרובים אינם יכולים לפרק חתיכת מתכת גולמית יותר משאתם או אני יכולים. התעלומה המשיכה להציק לו. ב-1985 עבר נילסון לאוניברסיטת וויסקונסין-מילוואקי, והתחיל במחקר באגם אוניידה כדי להוכיח שתחושת הבטן שלו נכונה.
אחרי חיפוש בן שנתיים, הצליח נילסון לזהות את גנב המנגן: Shewanella, חיידק שפעל בצורה שונה מכל מה שהוא הכיר עד אז. “ברגע שראיתי מה ה-Shewanella מסוגל לעשות, פשוט יצאתי מדעתי”, אומר נילסון. “קראתי לכל הסטודנטים שלי להגיע למעבדה ואמרתי, ‘זה אורגניזם שחשוב מאוד מאוד להבין. אף אחד לא הולך להאמין לזה, ואני מניח שייקח לנו עשר או 15 שנים לשכנע את העולם שזה אמיתי”.

עבור רוב היצורים החיים, נושמי האוויר, אומר נילסון, “הגלוקוזה שאנחנו אוכלים מספקת את האלקטרונים, החמצן שאנחנו נושמים מקבל את האלקטרונים, וזרימת האלקטרונים הזאת היא מה שמפעיל את הגוף שלנו”. זהו מטבוליזם בסיסי. האתגר של כל האורגניזם הוא למצוא מקורות לאלקטרונים ואת הדרך להיפטר מהם כדי לסגור את המעגל. ה-Shewanella צורך אלקטרונים מפחמימות, אבל הוא משיל אותם באופן יוצא דופן: “הוא שוחה אל תחמוצת מתכת ונושף אותם החוצה”, אומר נילסון. “אנחנו מכנים את זה ‘נשימת סלעים'”. כאן מתחילות הכפירות.

הקרום החיצוני של ה-Shewanella מלא בחוטים חשמליים זעירים, הנוצרים על ידי חלבונים מיוחדים, המאפשרים לו להניע חשמל אל מחוץ לתא. החוטים מייצרים מגע ישיר עם תחמוצת המנגן, וזו הדרך בה הוא יכול לשחרר אלקטרונים ו”לנשום” חומר מוצק. יתרה מכך, נילסון הבין שלחיידק אפילו לא אכפת אם החומר מחוץ לקרום שלו הוא תחמוצת מנגן או משהו שונה לחלוטין, כל עוד הוא יסגור את המעגל החשמלי.

ניזונים מחשמל

בשעה שנילסון וצוותו אספו הוכחות שה-Shewanella הוא אכן יוצא דופן כפי שהוא נראה, מיקרוביולוג נוסף גילה דבר דומה. דרק לובלי, שניהל פרויקט בסקר הגאולוגי של ארצות הברית, מצא חיידק מניע אלקטרונים, Geobacter, החי על קרקעית נהר הפוטומק. “לחלבונים של ה-Geobacter יש מקור אבולוציוני שונה לחלוטין, אבל הם פותרים את הבעיה באופן דומה”, אומר נילסון. גילוי שני מיקרובים בלתי קשורים בעלי זיקה דומה לחשמל גולמי סיפקה ראייה מרגיעה לכך שה-Shewanella אינו יצור מוזר חד-פעמי.

בנקודה הזאת, נילסון הבין שהנוף המיקרוביאלי של כדור הארץ עשוי להיות שונה ממה שכולם חשבו. הוא הבין גם שהוא כנראה נמצא רק בתחילת המחקר לגבי מה שחיידקים חשמליים מסוגלים לעשות.

מעברו השני של המסדרון בו שוחחתי עם נילסון, מתקדמת כיום אנט רואו, חוקרת פוסט-דוקטורט בקבוצה של נילסון, במהירות דרך הגבולות החיצוניים של החיים במעבדה. המעבדה מלאה במכלי דגים, מבחנות, חוטי חשמל, אינקובטורים ותאים אנארוביים אליהם מחוברות כפפות גישה חיצוניות שנראות כמו חלקי תפאורה ישנים מ-CSI. אני חולף על פני מכל גדול של נוזל שמתערבב באיטיות, שבו גדלה משפחת Shewanella. (“כן, זה מבאס שאתה לא יכול לראות אותם”, אומרת רואו בהתנצלות). צילומי “האח הגדול” של נילסון אליהם מצורפים ציטוטים ממריצים מהסוג: “אני מתבונן בכם”, ו”תזיזו את התחת שלכם לעבודה” – מביטים אליהם מהמדפים הגבוהים.

מו אל נגאר הרבה שהננו חוטים של ה-Shewanella הם שלוחות של קרום התא שלו היכולים להוליך חשמל כדי לסגור מעגל חשמלי. תמונה: מדע פופולארי

מו אל נגאר הרבה שהננו חוטים של ה-Shewanella הם שלוחות של קרום התא שלו היכולים להוליך חשמל כדי לסגור מעגל חשמלי. תמונה: מדע פופולארי

המקום נראה מעט כמו אקווריום למיקרובים, ולמעשה זה פחות או יותר מה שהוא. בדיוק כפי שנילסון מצא Shewanella באגם אוניידה, רואו ומשתפי הפעולה שלה מחפשים באתרים ימיים מקומיים חיידקים חשמליים אחרים, ככל שיהיו מוזרים יותר כך טוב יותר; הם מגדלים אותם ומנסים להבין מה גורם להם לתפקד.

“אנחנו עובדים בנמל קטלינה. יש להם שם מערכת לימוד ממש נחמדה”, היא אומרת. לרואו יש את המראה המותש משהו של סטודנטית לתואר מתקדם שעובדת עד השעות הקטנות של הלילה, אבל היא זורחת כשהיא מדברת על עבודת השדה. “באופן בסיסי, אנחנו מעלים משקעים מהקרקעית ומסננים אותם כדי להיפטר מחסרי חוליות, ומקבלים מערכת נחמדה שבה בעת היא מעורבת היטב. אנחנו מכניסים את המשקעים הללו לאקווריומים של 40 ליטרים וקוברים בהם אלקטרודות. ואז אנחנו מחפשים אחר סימנים של התהוות מושבות חיידקים”.

הנה האוכל, קתודה חשמלית

האלקטרודה היא המפתח למשיכת סוג החיידקים שרואו מחפשת אחריהם: לא הסוג שזורק אלקטרונים על מינרלים, אלא הסוג שאוסף אלקטרונים מהם. לא חיידקים נושמים, אלא אוכלים. לחיידקים האלה, קתודה נראית כמו שולחן אוכל ענק וטעון חשמלית. רואו מתאימה את הפוטנציאל החשמלי כדי שיחקה תרכובות מהן האורגניזמים נוהגים בדרך כלל לשאוב את האנרגיה שלהם, והם שוחים היישר אל הקתודה.

כשרואו התחילה למיין את מכלי בוץ המשקעים שלה, היא הופתעה ממגוון החיידקים האדיר שהיא הצליחה לאסוף. “הצלחתי לבודד מגוון גדול של חיידקים מחמצני אלקטרודות”, היא אומרת – כ-1,000 זנים בסך הכל. עד כה, היא הצליחה לזהות כ-30 מהם, שכולם לא היו מוכרים.

שיעור חשוב אחד שעלה מעבודתה של רואו הוא שלחיידקים יש מגוון רחב של מנגנונים להנעת אלקטרונים. הממצא הזה מצביע על כך שהיכולת כנראה התפתחה פעמים רבות. מפתיע אף יותר הוא שחלק מהחיידקים, כולל ה-Shewanella, יכולים לפעול בשני הכיוונים. “אורגניזמים רבים שיכולים לפלוט אלקטרונים על האלקטרודה יכולים גם לקחת אלקטרונים ממנה” – על אף שלא בו זמנית – אומרת רואו. היכולת הזאת להפוך את מסלול ההעברה מפתיעה אותי, וגם את רואו. “הייתי מעריכה שזה יהיה ממש קשה לאורגניזמים. אתה למעשה גונב מהם אנרגיה. אבל הם מסתדרים עם זה”.

תגלית נוספת מפתיעה אף יותר. שישה מזני החיידקים החדשים של רואו יכולים לחיות על אלקטרונים בלבד. “זוהי תופעה מטורפת”, היא אומרת, תופעה שהיא הרבה מעבר לכל דבר שנילסון גילה עד כה. “החזקתי חלק מהחיידקים האלה ליותר מחודש בלי להוסיף פחמן”, היא אומרת. הם ככל הנראה מתקיימים על חשמל בלבד מהאלקטרודה, כיוון שאין שום דבר אחר.

קתודה במקום צלוחית פטרי

המיקרובים האלה, הם אלה שלמעשה הלהיבו כל כך את נילסון בשיחה המוקדמת שלנו. לא רק שהם חדשים למדע; הם דורשים שיטה חדשה לחלוטין לאיסוף ולגידול. את הרוב המוחלט של הזנים של רואו צריך לגדל על קתודה, לא בצלוחית פטרי. והם מצביעים על מערכת אקולוגית אדירת ממדים וחייזרית ברובה המתקיימת כאן על כדור הארץ. קרן המדע הלאומית של ארצות הברית מכנה אותה “ביוספרה של אנרגיה אפלה” ומממנת את רואו כדי שניתן יהיה ללמוד יותר על היקום המיקרוביאלי המקביל הזה.
פריצת הדרך של בת טיפוחיו נותנת לנילסון תוקף, על אף שהיא רומסת את תגליותיו שלו לגבי האופן בו החיים מתקיימים: “אני עוסק במיקרוביולוגיה מזה 45 שנים”, הוא אומר. “זה פשוט מטורף שכל נקודת המבט שלך משתנה בצורה כל כך דרסטית”.

עד כמה שהתגליות של רואו מדהימות, יש מידה מסוימת של ריחוק אינטלקטואלי בכל השיח הזה אודות אלקטרונים ורמות אנרגיה. לא משנה כמה אני בוהה אל תוך המכל, אני ממשיך לרצות לראות מה החיידקים עושים במו עיניי. התסכול הזה מתפוגג כשאני מגיע למעבדה של מוֹ אל-נגאר, שעובד במרחק כמה בניינים בקמפוס של USC. יש לו סרטי וידאו ממשיים של מיקרובים בפעולה, שמשחררים חוטים ובונים רשתות חשמל מיקרוסקופיות.

פרויקט הווידאו הבקטריאלי של אל-נגאר התחיל כמאמץ להפריך תאוריה. ניסויים שנילסון ביצע עם חיידקי Shewanella הראו שהחיידקים יכולים ליצור מגע עם פני שטח מתכתיים כדי לשחרר אלקטרונים. מחקרים אחרים חשפו שחיידקים לפעמים מגדלים תוספים דמויי שיער שמטרתם בלתי ידועה. חוקרים מסוימים פטרו את הגידולים האלה כחסרי חשיבות, אבל כמה תהו אם השערות הללו הן למעשה לא “ננו-חוטים” שיוצרים החיידקים כדי להניע אלקטרונים.

לאל-נגאר, הנימוק הזה נראה מסודר מדיי: “נכנסתי לזה במחשבה שזה לא באמת יכול לפעול ככה; ושאני הולך לבצע את המדידות שיראו שזה לא”. לכן אל-נגאר עשה את מה שכל שיפוצניק ביתי טוב היה עושה. הוא חיבר זוג מוליכים על חוטי החשמל כדי לראות אם הם מוליכים חשמל. הם כן. אז הוא בדק לראות אם המעגל החשמלי חי, ושזרם חשמלי עובר בחוטים. הוא כן. ולבסוף, הוא ניטר את חוטי החשמל בעודם נוצרים, ותיעד את התאים נדלקים בפעילות ברגע שהם סוגרים מעגל חשמלי.

לאחר מכן, הייתה לו סדרת סרטים מדהימים בה אפשר לצפות ב-Shewanella מושיט זרוע לאלקטרודה בחיפוש אחר מקום להניח אלקטרונים. לפעמים החיידקים יתחברו זה לזה, יכול להיות כדי להעביר אלקטרונים לתאים המסוגלים לקלוט אותם. אל-נגאר מתאר את ההלם שעובר בחדר כשהוא מציג את הסרטים שלו בכנסים: “אתה יושב שם בחושך, ואז אתה שומע ‘ייווו! מגניב!'”.

ננו-חוטים עשויים להיות קשורים לכישרון נרחב נוסף של חיידקים שהתגלה לאחרונה, היכולת להתחבר לכבלים באורך אלפי תאים. נכון לעכשיו אין אינדיקציה לכך שהחיידקים החשמליים של רואו יוצרים סוג כזה של כבלים (המחקר עדיין בראשית דרכו), אבל מחקרים באוניברסיטת ארהוס בדנמרק מצביעים על כך שכבלים שכאלה תומכים בזרימת אלקטרונים. אל-נגאר מעריך שהכבלים הם כמו קשיות שתייה, המאפשרים לחיידקים הקבורים עמוק במשקעים לנשום מראש הערימה על ידי דחיפת אלקטרונים כלפי מעלה דרך הצינורית, מתא אחד לבא אחריו.

חיים מחוץ לכדור הארץ?

לפני כמה שנים בלבד, אף אחד לא דמיין שיש סוג חיידק כלשהו המסוגל להתנהג בצורה שכזאת. עכשיו אל-מגאר חושד שחיידקים משתמשים בננו-חוטים וכבלים באופן נרחב, ולא רק בקרב אוכלי-האלקטרונים הקיצוניים ביותר. הוא משתף פעולה עם עמיתים בבית הספר לרפואת שיניים ב-USC כדי לבחון ראיות לננו-חוטים בשכבות בקטריאליות שנוצרות בפיהם של בני אדם; קישורים חשמליים מתא לתא עשויים להיות למעשה מאפיין כללי של שכבות ביולוגיות, קולקטיבים בקטריאליים, גם בלתי מזיקים וגם פתולוגיים, שמאכלסים פני שטח שונים.

שלי מינטיר, אלקטרו-כימאית באוניברסיטת יוטה, בחנה לעומק את ביולוגיית התא. היא גילתה שמיטוכונדרייה – היחידות מייצרות החשמל בתוך תאיהם של כל האורגניזמים התאיים המורכבים, כולל אצל בני האדם – יכולות לפעול באינטראקציה חשמלית עם פני השטח באזור בו הם נמצאות. הדבר תואם לתאוריה המקובלת שהמיטוכונדרייה התפתחו כחיידקים חופשיים שהתאחדו מאוחר יותר עם תאים אחרים, ויצרו שותפות קבועה. אפילו אחרי מיליארד שנים, המיטוכנודרייה עשויים לשמר חלק מהיכולות שהיו להם בימי עצמאותם. יכול להיות, לכן, שבכולנו חבויה מעט התנהגות חייזרית חשמלית.

המסע הראשון שלי ממשרדו של נילסון לקח אותי לצדו השני של המסדרון. המסע האחרון לוקח אותי אל המאדים. למעשה, לא קפיצה גדולה כל כך: נילסון מעולם לא עשה הבדלה פילוסופית נקייה בין החיפוש אחר חיים אקזוטיים על כדור הארץ לבין החיפוש אחר חיים על כוכבי לכת אחרים. במשך כמה שנים הוא עבד במעבדת ההנעה הסילונית (JPL) של נאס”א, שם הוא הקים את קבוצת האסטרוביולוגיה. עכשיו, יעברו הרעיונות שהוא פיתח שם בחינה פורמלית על סיפון משימת גששת Mars2020 הקרבה.

באופנים מסוימים, ההגעה למאדים היא עניין פשוט ביחס לשאלה מה לחפש ברגע שנגיע לשם. משימות ה-Viking של שנות ה-70 נחתו בצורה טובה לגמרי אבל הוכשלו על ידי דברים שנדמה היה שהם תצורות חיים. יכול להיות שהמדענים שחקרו את מטאור המאדים הידוע לשמצה בשנות ה-90 הוטעו על ידי דברים שנראו כמו תצורות חיים. וגששת ה-Curiosity החדשה והמפוארת גילתה משבים קלים ומסקרנים של מתאן, אבל הקשר שלהם לביולוגיה בלתי מובן לחלוטין. זה מה שצוותו של נילסון נאבק מולו ב-JPL. “האם באמת אפשר להבין מה אמורים להיות המאפיינים האוניברסליים של כל תצורות החיים? קשה מאוד לפתור את הבעיה הזאת, כיוון שאנחנו לא מצליחים להתרחק מהדעות הקדומות שלנו עצמנו”, הוא אומר.
SHERLOC הוא חלק מהתשובה. הוא אחד משבעה כלי מחקר מדעיים על סיפון ה-Mars2020. רוהיט בארטיה, אחד מעובדיו לשעבר של נילסון ב-JPL, היה מתכנן מוביל, וכלי המחקר מעודכן טוב בידע אודות חיידקים נושמי מתכות. ה-Shewenella הרחיב את ההבנה של מדענים אודות המטבוליזם, ולכן ה-SHERLOC יחפש אחר ספקטרום רחב יותר של חתימות ביולוגיות אפשריות. הוא ירה במטרות עם קרניים אולטרה-סגוליות ויחפש אחר השפעות ויזואליות שמציינות תרכובות ומינרלים אורגניים מסויימים.
על אף שה-SHERLOC לא יחפש אחר החיים עצמם – אלא רק אחר העקבות שהם מותירים אחריהם – חיידקים חשמליים מעלים דרכים חדשות לאתר גם ביולוגיה חייזרית פעילה. כל האדפטציות החשמליות הן תגובות לסביבות קיצוניות. איסוף אלקטרונים וגידול ננו-חוטים הם אסטרטגיות הישרדות כשאין מספיק מזון כדי לגדול ולקיים תחרות – אבל מספיק כדי לעזור לאורגניזם להתכרבל ולשמור את גחלת החיים מוארת. תנאים כאלה נפוצים במשקעי אוקיינוסים עמוקים ועמוק מתחת לפני האדמה. אם החיים קיימים במאדים ובעולמות אחרים (אירופה? טיטאן?), יש סיכוי טוב שגם הם מכורבלים בתנאים מוגבלי-מקורות הרחק מתחת לפני הקרקע.

בעוד נאס”א מתארגנת לקראת Mars2020, רואו ואחרים בקבוצת USC מחפשים אחר חיידקים חשמליים נוספים כאן על כדור הארץ, ומעבירים את הפעילות שלהם מהמים הרדודים סביב לאי קטלינה לבורות קידוח במדבר מוהאבי ולמכרות בדרום דקוטה. האתרים האלה יוכלו לא רק לחשוף יותר מהמגוון הביולוגי של כדור הארץ; הם יוכלו גם לסייע להנחות חשיבה לגבי ביולוגיות חייזריות אפשריות. “כשאנחנו מגיעים לכוכבי לכת אחרים, אנחנו מחפשים חיים על פני השטח, אבל יש כל כך הרבה אנרגיה מתחת לפני השטח”, אומר נילסון. “אני אהיה מופתע אם העברת האלקטרונים החוץ תאית הזאת היא לא כלל הקיום שם”.

ככל שתעמיקו לתוך האדמה, תגלו יותר מיקרובים חשמליים

תוך כדי תקיעת אלקטרודות אל תוך סביבות שונות ואיסוף מיקרובים חשמליים, הצוות של נילסון שם לב לתבנית ייחודית: אם תתקעו יתד באדמה, פחות או יותר בכל מקום עליי אדמות, ויהיו לכם אמצעים למדוד, תוכלו לראות שהפוטנציאל החשמלי צונח בעקביות ככל שתעמיקו. הסיבה לכך היא שמיקרובים בכל עומק רודפים אחרי אלקטרונים זמינים. האורגניזמים האנרגטיים ביותר, חיים על פני השטח, שם המקורות שופעים ביותר. ככל שאתה מעמיק אל תוך האזורים בהם המקורות נדירים יותר, כך החיים צריכים לחטוף כל אנרגיה שהם נתקלים בה.

שיעור הדירוג החשמלי הזה נשמע כמועמד טוב נוסף להיות סמן חיים אוניברסלי. “אם אין חיים, לא אמור להיות שיעור חשמל משתנה”, אומר נילסון. לכן במקום לבצע ניסויים כימיים מסובכים שעלולים לפספס סוג בלתי מוכר מסוים של פעילות ביולוגית, הוא מהרהר, מדוע לא לתקוע אמצעי ענק אל תוך הקרקע של המאדים ולשחזר את ניסויי ציד המיקרובים של רואו בקטלינה? הוא חוזה מקבץ שלם של מכשירים דמויי חניתות שנופלים מכלי טיס לווייני וחודרים לאדמה בכל רחבי כוכב הלכת. לכל אחד יהיה משדר קטן לשליחת נתונים ללווייני המדע שכבר מקיפים את הכוכב האדום. האמצעים יחפשו אחר דירוגים חשמליים, ויסמנו אתרים אפשריים לפעילות ביולוגיות לחקר מעמיק יותר. נאס”א ורוסיה ניסו שימוש בחודרי מאדים פשוטים יותר, על אף ששתי המשימות נכשלו. עכשיו מנסה פרויקט Explore Mars שאינו למטרות רווח לגייס מימון ל”ExoLance” (חנית-חיצונית) כדי לחפש שם אחר חיים תת-קרקעיים.

geobacter-metallireducens (תמונה: מדע פופולארי)

geobacter-metallireducens (תמונה: מדע פופולארי)

נילסון זורם, אז אני מדרבן אותו להמשיך: האם אפשר לעשות את אותו הדבר על הירח אירופה? הוא מאט לרגע קל בלבד. “אירופה מסובך יותר, כיוון שהוא כולו קרח… הייתי חושב שאפשר יהיה לשים על פני השטח משהו עם פאנל סולארי או מחולל רדיואקטיבי ופשוט להמיס את דרכך פנימה עם כלי מדידה. היית יכול להקשות באמצעות קרינה רדיואקטיבית את החלק הקטן מעל רכיבי החשמל”.

אם הם לא ימצאו כל סימן לביולוגיה חשמלית, כלי המדידה יוכלו עדיין לבצע מדידות גאוכימיות מתחת לפני השטח, שהיא יקרת ערך בפני עצמה. ואם הם כן ימצאו סימן חיים, יהיה עדיין מוקדם מדיי לפתוח בקבוקי שמפניה: היית רוצה לראות אם הם דינמיים, משתנים עם אור היום וטמפרטורות, לדוגמה. סוג האיתות הנוסף הזה יהווה ראייה נסיבתית חזקה לקיום חיים. זה עדיין לא היה מהווה את התגלית המכריעה של חיים חוצניים, אבל זה היה אומר לנו בדיוק להיכן לחזור – הפעם עם מיקרוסקופ.

בעודנו מדברים, אני מוצא את עצמי באמצע שיחה מסוג אחר מאוד לגבי טבע החיים. בשלב מסוים, נילסון עוצר לרגע כדי ליידע חברים אחרים במעבדה שחברה ועמיתה קרובה, קטרינה אדווארדס, מתה במהלך סוף השבוע. אז הוא קוטע את השיחה שוב, ומסביר שהוא צריך לקחת את ניירות הפרישה שלו אל הדיקן, ולהתחיל תהליך בן ארבע שנים של הפחתת עבודה. כשנילסון חוזר, הוא מהרהר בעניין קטן. החרטה האמתית היחידה שלו, הוא מספר לי, היא שלא יהיה לו מספיק זמן לחקור את החיידקים החשמליים לגמרי של רואו. “זה ממש מעצבן אותי שגיליתי את זה רק בגיל 70 בגלל שזה חשוב”.

יעזרו לפיתוחים טכנולוגים שלא חשבנו עליהם

לחיידקים פעילים חשמלית עשויים להיות יתרונות מעשיים רבים שמדענים מתחילים עכשיו לחקור. מתברר שיש להם כשרון אדיר לטיפול בביוב, לדוגמה. תקעו אנודה חשמלית בפסולת אנושית והיא תמשוך אליה קהילות של חיידקים שניזונות מצואה ונושמות אלקטרונים. חברו אותם לתא דלק ויש לכם מערכת התפלת מי שופכין מונעת-עצמית שמייצרת כמות נמוכה משמעותית של בוצה.

אחת מהסטודנטיות לשעבר של נילסון, אוריאנה ברטצ’גר, הקימה מערכת ניסוי במכון ג’יי קרייג ונטר בסן דייגו, שם היא פועלת מזה חמש שנים כמעט ללא צורך בתחזוקה. “המטרה האישית שלי היא לפתח את המערכות האלה לרמה בה נוכל להטיס אותן לכפרי עולם שלישי”, אומר נילסון, שעדיין משתף פעולה עם ברטצ’גר. “אנשים יביאו את הביוב שלהם אל מפעל ההתפלה ויקבלו מים נקיים בתמורה, ולא תידרש אנרגיה חיצונית”.

דניאל בונד מאוניברסיטת מיניסוטה חוקר את הפוטנציאל שחיידקים חשמליים ייצרו כוח ויסנתזו חומרים חדשים. מחלקת ההגנה של ארצות הברית מעוניינת על פי הדיווחים בחיישנים תת-מימיים המונעים על ידי חיידקים. אל-נגאר חושד שלאינטראקציות חשמליות בין תאי חיידקים ותאים אנושיים עשויות להיות השלכות בריאותיות שטרם נחקרו. בסופו של דבר, ניסויי התפלת הביוב מצביעים על כך שיש חיידקים פעילים חשמלית בקיבה. הוא תוהה בקול רם: האם הם מתקשרים עם תאים אנושיים כחלק מהמערכת האקולוגית הפנימית של הגוף?

כל היישומים האפשריים האלה נובעים מחוסר ההיכרות המוחלט – החייזריות המוחלטת – של ה-Shewanella ובני הדודים המוזרים אפילו עוד יותר שלו. הם חייזריים לא רק במה שהם עושים אלא באופן שהם עושים את זה. כדור הארץ שלהם נראה כמו עולם שנבנה על שיתוף פעולה ושיתופיות, מרחק גדול מהעולם המוכר יותר של תחרות דרווינאית רצחנית. “אלא אם אני מפספס בהימור שלי, זה מה שאנחנו הולכים לראות כשנגיע מתחת לפני השטח: כיסי חיים קטנים עם קהילות סוציאליסטיות, שחבריהן עובדים שם יחד. אבל אני לא אגיד את זה לאבי הרפובליקני כי הוא לא יאהב את זה”, אומר נילסון.

אני חושב על סוציאליזם חשמלי כרעיון אקזוטי, אבל נילסון ממהר לשכנע אותי שזה לא כך. זו עשויה להיות הדרך הנורמלית בה דברים פועלים בסביבות בהן המשאבים מועטים ותחרות בין טורפים אינה מהווה יתרון. זו עשויה הייתה להיות המציאות של החיים במהלך הרבה מההיסטוריה שלה על כוכב הלכת הזה. (“תמיד חשבתי שהחיידקים לא למדו להתרבות במהירות עד שהתפתחו הטורפים”, הוא אומר. “מה בוער? אתם יודעים, חיידקים לא אוכלים חיידקים אחרים”). למעשה, זה עשוי להתאים יותר לחיים של היום ממה שרוב המדענים מבינים, כיוון שחלק כל כך גדול מהמערכת האקולוגית המיקרוביאלית של כדור הארץ עדיין חבוי מהעין. על פי הערכות מסויימות, אי אפשר להרבות בצלוחית פטרי 99.9 אחוז מכלל המינים. חיים איטיים של שיתוף פעולה עשויים להיות דרך החיים גם בעולמות רבים אחרים.

אלה הרבה תרחישי אולי, אז אני שואל את נילסון את השאלה הבאה: האם הוא באמת מאמין בביוספרת צללים, הבנוייה סביב שיתוף אלקטרונים וקולקטיביזם מיקרוסקופי? “לפני שאעבור לעולם הבא, אני מקווה שיוכח שכך הדבר”, הוא אומר. אז הוא מתקן את עצמו, כמו מדען רחב-אופקים אמיתי. “כלומר, אני לא. זה בסדר מבחינתי אם זאת לא המציאות, אבל אני ממש אופתע. זה כל כך הגיוני, והחיים הם בדרך כלל הגיוניים”.


אוהבים מדע ולא מקבלים מספיק ממנו בגיקטיים? Popular Science ישראל וגיקטיים יוצאים בשיתוף פעולה במיוחד במסגרתו יוכלו 100 הגולשים הראשונים להנות מגיליון חינם של Popular Science מתנה, ללא כל התחייבות.  לפרטים נוספים

Avatar

מדע פופולארי

הגב

2 תגובות על "האם גילינו חיים חייזריים? [מדע פופולארי]"

avatar
Photo and Image Files
 
 
 
Audio and Video Files
 
 
 
Other File Types
 
 
 

* היי, אנחנו אוהבים תגובות!
תיקונים, תגובות קוטלות וכמובן תגובות מפרגנות - בכיף.
חופש הביטוי הוא ערך עליון, אבל לא נוכל להשלים עם תגובות שכוללות הסתה, הוצאת דיבה, תגובות שכוללות מידע המפר את תנאי השימוש של Geektime, תגובות שחורגות מהטעם הטוב ותגובות שהן בניגוד לדין. תגובות כאלו יימחקו מייד.

סידור לפי:   חדש | ישן | הכי מדורגים
MrDrake
Guest

כמה דברים מטופשים אתם כותבים בגיק מדע

אורליוס
Guest

תסביר מדוע שנבין ?

wpDiscuz

תגיות לכתבה: