Życie pod lodem: metan, mikroby i tajemnice Antarktydy

W głębokich warstwach osadów zalegających pod antarktycznym lądolodem naukowcy odkryli nowy mechanizm powstawania metanu. Dotychczas sądzono, że metan obecny w subglacjalnych jeziorach pochodzi głównie z procesów biologicznych zachodzących blisko powierzchni, a następnie przenika w głąb lodowca. Jednak zespół badaczy z Brown University pod kierunkiem Gavina Piccione wykazał, że część metanu jest pochodzenia termogenicznego - powstaje w wyniku rozkładu materii organicznej pod wpływem ciepła geotermalnego z głębi Ziemi.

Analizując żwir wydobyty z moren w Wschodniej Antarktydzie, naukowcy odkryli, że zawarte w nim minerały osadziły się z roztworów bogatych w metan, który formował się w temperaturach rzędu 20°C - znacznie powyżej temperatur zazwyczaj rejestrowanych w wodzie pochodzącej z topnienia lodowców. Co więcej, analiza izotopów węgla oraz biomarkerów lipidowych wskazuje, że metan był częściowo utleniany przez beztlenowe mikroorganizmy korzystające z siarczanów i związków manganu. Oznacza to, że głęboko pod lodem Antarktydy istnieje ekosystem, który jest zupełnie niezależny od słońca. Żyjące tam mikroorganizmy - a może także bardziej złożone stworzenia - czerpią całą energię potrzebną do życia z geologicznych procesów zachodzących wiele kilometrów pod białą powierzchnią kontynentu. 

Odkrycie potwierdzają dane z badań opublikowanych w "Nature Geoscience". Zespół badawczy przeanalizował węglanowe konkrecje wydobyte z rejonów Elephant Moraine oraz Gór Pensacola. Wykorzystując analizy izotopowe oraz spektroskopowe, zidentyfikowano termogeniczny metan jako główne źródło węgla w tych strukturach. Formowały się one w temperaturach od 12 do 20°C - warunkach możliwych jedynie dzięki ogrzewaniu geotermalnemu.

Wysokie stężenia manganu i obecność produktów utleniania pirytu wskazują na aktywność mikroorganizmów chemosyntetycznych, czyli czerpiących energię z reakcji chemicznych innych, niż fotosynteza. To one przekształcały metan w CO₂, zapobiegając jego emisji do atmosfery. Jak komentuje Brent Christner z University of Florida, "pod lądolodem wybór źródeł energii dla życia jest bardzo ograniczony. To odkrycie może znacząco poszerzyć mapę potencjalnie zamieszkanych obszarów pod lodem".

Zupełnie inną, ale równie zaskakującą perspektywę dają odkrycia zespołu British Antarctic Survey. W 2021 roku, podczas odwiertów przez 900 metrów lodu pod szelfem lodowym Filchner-Ronne, natrafiono na ogromny głaz pokryty nieruchomymi organizmami przypominającymi gąbki. Było to pierwsze takie odkrycie żywych istot, które głęboko pod lodem skolonizowały twarde podłoże.

"To było jedno z tych przypadkowych odkryć, które zmieniają sposób, w jaki postrzegamy świat" - powiedział dr Huw Griffiths z BAS. "Te organizmy mogą być odcięte od źródeł światła i fotosyntezy nawet o 1500 m, co oznacza, że muszą wykorzystywać inne źródła energii, takie jak metan lub substancje pochodzące z topniejącego lodu".

Jeszcze bardziej spektakularne obserwacje pochodzą z misji R/V Falkor, organizowanej przez Schmidt Ocean Institute. W styczniu 2025 roku góra lodowa A-84 oderwała się od lodowca George VI, odsłaniając wcześniej niedostępną część dna morskiego o powierzchni 510 km². Zespół naukowców dotarł tam zaledwie 12 dni po zdarzeniu i jako pierwszy zbadał to dziewicze środowisko.

Mimo, że wody pod lodowcem musiały być od wielu dziesięcioleci czy wieków kompletnie odcięte od promieniowania słonecznego, w głębinach natrafiono na bujne życie - olbrzymie gąbki, koralowce, ośmiornice i pająki morskie. Na podstawie rozmiarów organizmów oceniono, że niektóre społeczności istnieją tam od dekad lub nawet setek lat. "Nie spodziewaliśmy się znaleźć tak pięknego i rozwiniętego ekosystemu. To pokazuje, że życie może trwać i rozwijać się w ekstremalnych warunkach, całkowicie odizolowane od światła słonecznego" - mówiła dr Patricia Esquete z University of Aveiro.

Zarówno metanowe oazy pod lodem, jak i stabilne społeczności zwierząt żyjących w kompletnym mroku mają ogromne znaczenie dla astrobiologii. Według Gavina Piccione, Antarktyda jest najlepszym ziemskim odpowiednikiem środowisk występujących na lodowych księżycach takich jak Europa (Jowisz), Enceladus (Saturn) czy nawet Tytan. Tam także mogą istnieć ciepłe źródła metanu ukryte pod grubymi warstwami lodu.

A to daje nadzieję na odkrycie tam życia: podstawową barierą dla jego powstania jest tam to, że głębokie, pozaziemskie oceany (Europa może mieć więcej wody, niż cała Ziemia), są bowiem pokryte grubą na wiele kilometrów warstwą lodu, który nie przepuszcza promieni słonecznych. Jeśli życie miałoby tam powstać, musiałoby znaleźć inny sposób na pozyskiwanie energii. Odkrycia z Antarktydy pokazują jednak, że jest to całkiem możliwe.

Nowe odkrycia rzucają światło na nieznane dotąd zjawiska i środowiska Antarktydy. To nie tylko pustynia lodu, ale także złożona i aktywna biologicznie strefa, w której życie adaptuje się do ekstremalnych warunków i korzysta z geotermalnych źródeł energii. To fascynujący przykład, jak bardzo ograniczone środowisko może być domem dla trwałych ekosystemów - zarówno mikroskopijnych, jak i złożonych.

W obliczu zmian klimatycznych i topnienia lodowców znaczenie tych odkryć jest jeszcze większe. W miarę jak lądolód ustępuje, może uwalniać znaczne ilości metanu - gazu cieplarnianego - ale może też ujawniać nowe, nieznane wcześniej formy życia. A to dla naukowców niepowtarzalna okazja żeby zrozumieć, jak żywe istoty przystosowują się do całkowicie ekstremalnych dla nas warunków tu, na Ziemi. I jakie strategie życie mogłoby stosować na innych, mniej gościnnych od naszej planety światach.