Μικρόβια που αγαπούν τη θερμότητα, που κάποτε αδρανούν, ευδοκιμούν σε πυρκαγιά δεκαετιών

Μόλις πέρασε τη διασταύρωση του Κέντρου και του Locust στην Centralia της Πενσυλβάνια, η μικροβιολόγος Tammy Tobin γύρισε τον τροχό του γερασμένου Prius της απότομα προς τα δεξιά. Καθώς οι υαλοκαθαριστήρες χτυπούσαν με μανία πέρα ​​δώθε για να αποκρούσουν το χιονόνερο στην οδήγηση - μια υπενθύμιση ότι ο χειμώνας δεν είχε αποχαιρετήσει ακόμα - ο Τόμπιν ανακοίνωσε:«Είμαστε εδώ». Βρισκόμασταν στη βάση μιας γρασιδιωμένης πλαγιάς που ήταν φωλιασμένη πίσω από τα SS. Νεκροταφείο Πέτρου και Παύλου. Έμοιαζε με οποιοδήποτε από τα άλλα αμέτρητα όστρακα κρυμμένα στους ανθρακί λόφους της ανατολικής Πενσυλβάνια. Αλλά σχεδόν 50 μέτρα κάτω από τα πόδια μας κρυβόταν μια κρυφή απειλή. Η Centralia καιγόταν.

Ή μάλλον, η ραφή άνθρακα κάτω από την παλιά πόλη της Centralia καιγόταν. Ο άνθρακας καίγεται για περισσότερα από 50 χρόνια και πιθανότατα θα καίγεται για τους επόμενους αιώνες. Καθώς ανεβήκαμε σε μια χαμηλή άνοδο που αγκάλιαζε το πίσω μέρος του Καθολικού νεκροταφείου, δεν φαινόταν καμία φλόγα, μόνο τζούρες ατμού όπου η βρωμιά εξέπνεε την υπερβολική θερμότητα και το γρασίδι αρνιόταν πεισματικά να φορέσει το παγωμένο καπάκι του. Όλοι εκτός από μια χούφτα από τους κατοίκους της πόλης είχαν τραπεί σε φυγή όταν η κυβέρνηση ανακάλεσε τον ταχυδρομικό κώδικα της Centralia το 2002. Αλλά ο Tobin, από το Πανεπιστήμιο Susquehanna 30 μίλια δυτικά της Centralia, δεν ήταν εδώ για να ξεπεράσει τα συντρίμμια μιας κάποτε ακμάζουσας πόλης.

Αντίθετα, αυτή και μια ομάδα συνεργατών είχαν βάλει στο στόχαστρο κάτι πολύ μικρότερο. Η ζέστη και η ρύπανση από την υπόγεια πυρκαγιά δεν ήταν απλώς αγχωτικές για τη χλωρίδα και την πανίδα της Centralia. δημιούργησε επίσης μια κρίση για τα μικρόβια της περιοχής. Τα τρισεκατομμύρια τρισεκατομμύρια μικροσκοπικοί μονοκύτταροι οργανισμοί στο σπίτι στο έδαφος της Centralia βρέθηκαν ξαφνικά να ζουν σε μια πραγματική σάουνα. Ήταν προσαρμογή - ή πεθάνει. Κάπως έτσι νόμιζαν οι επιστήμονες.

«Το Centralia είναι ένα όμορφο sandbox για να ρωτάς τι συμβαίνει κατά τη διάρκεια μιας περιβαλλοντικής διαταραχής», είπε η Ashley Shade, πρώην μαθήτρια του Tobin, τώρα μικροβιολόγος στο Michigan State University και συνεργάτης στο έργο. "Ακόμα κι όταν αυτή η αναστάτωση μοιάζει με βαριοπούλα."

Η πυρκαγιά σε ραφές άνθρακα στο Centralia παρέχει στους ερευνητές την τέλεια ευκαιρία να δοκιμάσουν μια νέα ιδέα γνωστή ως τράπεζα μικροβιακών σπόρων:ότι τα συνήθως αγνοούμενα αδρανοποιημένα άτομα συνθέτουν μια τεράστια δεξαμενή βιοποικιλότητας, έτοιμη να ζωντανέψει όταν αλλάξουν οι περιβαλλοντικές συνθήκες. Αν και οι επιστήμονες είχαν βρει υποδείξεις από εργαστηριακά και περιβαλλοντικά πειράματα ότι υπάρχει μια τέτοια τράπεζα σπόρων, η Centralia αποτελεί μια σπάνια ευκαιρία να δούμε αν και πώς λειτουργεί μια τράπεζα μικροβιακών σπόρων στον πραγματικό κόσμο.

900 βαθμοί Φαρενάιτ στο έδαφος

Κανείς δεν ξέρει ακριβώς πώς ξεκίνησε η πυρκαγιά κάτω από την Centralia. Ο τοπικός μύθος λέει ότι κάποιος άναψε κατά λάθος τη ραφή ενώ έκαιγε σκουπίδια ακριβώς έξω από ένα από τα φρεάτια του ορυχείου. Αυτό που είναι γνωστό με βεβαιότητα είναι ότι, λίγο πριν από την Ημέρα Μνήμης το 1962, κάτοικοι της Centralia ανέφεραν ότι είχε ξεσπάσει πυρκαγιά στο ανθρακωρυχείο της πόλης ακριβώς ανατολικά του νεκροταφείου Odd Fellows. Σύντομα έγινε φανερό ότι ακόμη και οι πιο επιθετικές μέθοδοι δεν θα εμπόδιζαν την εξάπλωση των φλόγων. Οι κάτοικοι θα έπρεπε απλώς να περιμένουν να σβήσει η φωτιά. Αλλά σε μια περιοχή που αυτοαποκαλείται «χώρα άνθρακα», δεν έλειπε το υπόγειο υλικό για να καεί, έτσι η φωτιά διήρκησε τους ανθρώπους. Αν και οι κάτοικοι αρχικά ήλπιζαν ότι, επειδή η φωτιά ήταν εξ ολοκλήρου κάτω από το έδαφος, θα μπορούσαν να συνεχίσουν να ζουν στην Centralia, η απελευθέρωση τοξικών αερίων και το άνοιγμα των καταβόθρων την έκανε πολύ επικίνδυνη.

Οι περισσότερες οικογένειες έφυγαν από επιλογή ή εξαγοράστηκαν από την κυβέρνηση. Λίγες οικογένειες, γενναίες ή ανόητες (πάρτε την επιλογή σας), συνεχίζουν να ζουν στην Centralia, φλόγα να είναι. Αν και η Centralia μπορεί να είχε την πιο απότομη αντιστροφή της τύχης, η οικονομία ολόκληρης της περιοχής έχει πάει από το κακό στο χειρότερο τις τελευταίες δεκαετίες.

Η Ashley Shade είναι πολύ εξοικειωμένη με τα βάσανα της κεντρικής Πενσυλβάνια. Μεγάλωσε σε απόσταση αναπνοής από την Centralia, και παρόλο που ήξερε για τη φωτιά - δεν μπορούσες πραγματικά να ζεις κοντά στην Centralia και να μην το ξέρεις, λέει - δεν το σκέφτηκε ποτέ πολύ. Μόλις το πρώτο της μάθημα γενετικής ως προπτυχιακό στο Πανεπιστήμιο Susquehanna το 2002 άρχισε να σκέφτεται την Centralia ως κάτι περισσότερο από μια παραξενιά. Το προηγούμενο έτος, μια ομάδα γεωλόγων και επιστημόνων του εδάφους στο Susquehanna είχε πλησιάσει τον Tobin, ο οποίος ήταν καθηγητής του Shade εκείνη την εποχή, για τη δημιουργία μιας επίσημης μελέτης για το πώς η φωτιά άλλαζε την Centralia. Ρώτησαν την Tobin αν θα βοηθούσε στη μελέτη των μικροβίων του εδάφους στην Centralia. Αν και δεν ήξερε τίποτα για τη μικροβιολογία, βρήκε το θέμα ιδιόρρυθμο και ενδιαφέρον, και έτσι συμφώνησε. Ρώτησε τους μαθητές της το 2002 εάν κάποιος ήθελε να συμμετάσχει στο νέο της έργο στην Centralia ή σε μια υπάρχουσα μελέτη για τη γενετική των βοοειδών.

Μόλις ξεκίνησε το έργο Centralia, «ήταν πολύ δύσκολο να πείσουμε τους ανθρώπους να δουλέψουν στην ανοσογενετική των βοοειδών», είπε ο Τόμπιν ανυπόφορα.

Τόσο η Shade όσο και ο Tobin ερωτεύτηκαν αμέσως την Centralia. Η ομάδα ποντάρισε μια σειρά από τοποθεσίες που εκτείνονται σε τρεις αντίθετες περιοχές:μία πάνω από ένα σημείο όπου η φωτιά δεν ήταν ποτέ, μία πάνω από όπου έκαιγε η φωτιά αυτή τη στιγμή και μία όπου οι υπόγειες φλόγες είχαν ήδη παρέλθει και φύγει. Αυτό θα έδινε στους ερευνητές μια ιδέα για το πώς άλλαξαν τα μικρόβια του εδάφους με την πάροδο του χρόνου. Ορισμένες τοποθεσίες που δεν κάηκαν ποτέ ήταν ιδιαίτερα σημαντικές επειδή η φωτιά κινούνταν προς αυτή την κατεύθυνση. Η Tobin και οι συνάδελφοί της επιστήμονες μπορούσαν να παρακολουθήσουν τι συνέβη στο έδαφος σε πραγματικό χρόνο.

Πριν από δεκαεπτά χρόνια, όταν η αλληλούχιση των γονιδιωμάτων μεγάλου αριθμού περιβαλλοντικών μικροβίων ήταν απαγορευτικά δαπανηρή, η μελέτη της γενετικής των μικροβίων του εδάφους σήμαινε ότι οι επιστήμονες θα τεμάχιζαν το DNA σε μικρά κομμάτια. Κάθε διαφορετικό είδος μικροβίου απέδωσε μια συλλογή γενετικών θραυσμάτων που μπορούσαν να ταξινομηθούν κατά μέγεθος. Χρησιμοποιώντας έναν ανιχνευτή για την επισήμανση αλληλουχιών ριβοσωμικού DNA μοναδικές για κάθε είδος, οι επιστήμονες θα μπορούσαν να αντλήσουν ένα γενετικό δακτυλικό αποτύπωμα για ένα μικρόβιο και να αναγνωρίσουν το είδος του συγκρίνοντας τα αποτελέσματά τους με μια μεγάλη βάση δεδομένων γνωστών προκαρυωτών. Αν και αυτή η «ριβοτυποποίηση» ήταν πιο χρονοβόρα και λιγότερο ακριβής από τις τρέχουσες μοριακές μεθόδους, παρόλα αυτά παρείχε στον Tobin και τον Shade τις πρώτες ενδείξεις σχετικά με το τι, αν μη τι άλλο, μπορεί να επέζησε από την υπόγεια κόλαση της Centralia.

«Ένα μέρος θα μπορούσε να μετατραπεί από δροσερό σε πολύ ζεστό αρκετά γρήγορα, και κυμαίνεται με όλα τα είδη κλιματικών και γεωλογικών παραγόντων», είπε ο Tobin. "Θα μπορούσαν τα πράγματα να προσαρμοστούν αρκετά γρήγορα;"

Ανάλογα με το πόσο οξυγόνο θα μπορούσε να φτάσει στη φωτιά, οι φλόγες κάτω από την Centralia θα μπορούσαν να κάψουν έως και 1.350 βαθμούς Φαρενάιτ και η θερμοκρασία του εδάφους μερικές φορές ξεπερνούσε τους 900 F. Το 2007, ένα γερμανικό συνεργείο ταινιών ντοκιμαντέρ αγόρασε ένα μόνο αυγό από μια τοπική καφετέρια για να μπορέσουν τηγανίστε το με ατμό και φάτε το για πρωινό ως κόλπο στην κάμερα. Ωστόσο, το αυγό δεν τηγανίστηκε. Αντίθετα, το χώμα ήταν τόσο ζεστό που, με ένα γρήγορο τσιτσίρισμα και ένα σφύριγμα, το αυγό απανθρακώθηκε αγνώριστο πριν το πλήρωμα προλάβει να πλαισιώσει τη λήψη τους, χωρίς να αφήνει τίποτα για το τοστ ή τους θεατές τους. Κάτω από τέτοιες ακραίες συνθήκες, μου είπε ο Τόμπιν, καθώς περπατούσαμε κατά μήκος της οδού της Πενσυλβάνια από το εργαστήριό της στη Susquehanna στην Centralia, ότι ήταν απολύτως πιθανό να μην είχε επιζήσει τίποτα. Προς χαρά της, έκανε λάθος.

Σε μια μελέτη του 2005 στην Εδαφολογία , ο Tobin και οι συνεργάτες του έδειξαν όχι μόνο ότι τα μικρόβια επιβιώνουν στο έδαφος πάνω από περιοχές που καίγονται ενεργά, αλλά ότι ορισμένα είδη ευδοκιμούν εκεί. Το συνολικό επίπεδο ποικιλομορφίας ήταν το ίδιο σε θερμές περιοχές (με θερμοκρασίες που κυμαίνονται μεταξύ περίπου 90 F και 170 F) όπως και σε περιοχές που η φωτιά δεν είχε φτάσει ακόμη. Όταν οι ερευνητές εξέτασαν πιο προσεκτικά, διαπίστωσαν ότι αν και η συνολική βακτηριακή ποικιλομορφία μειώθηκε με τις υψηλότερες θερμοκρασίες, ακόμη και τα πιο καυτά δείγματα προφανώς εξακολουθούσαν να διατηρούν ακμάζουσες μικροβιακές κοινότητες. Οι Shade και Tobin εντόπισαν επίσης βακτήρια που αγαπούν τη θερμότητα (θερμόφιλα) που μοιάζουν με μικρόβια που ζουν κοντά σε γεωθερμικές θερμές πηγές στην Ισλανδία, αν και τα δεδομένα τους δεν ήταν αρκετά λεπτομερή για να πουν πόσο στενά σχετίζονταν οι οργανισμοί.

Αυτό που δεν μπορούσαν να τους πουν τα δεδομένα τους, ωστόσο, ήταν αν τα μικρόβια που ζούσαν πάνω από τη φωτιά κρύβονταν εκεί σε πολύ μικρό αριθμό ή αν είχαν εκτοξευθεί ή είχαν φτάσει με άλλο τρόπο από μακριά, ίσως από άλλες γεωθερμικές περιοχές σε όλο τον κόσμο. . Ο καθένας μαντεύει ποιο μπορεί να είναι σωστό.

Όχι νεκρό αλλά αδρανές

Καθώς ο Tobin και ο Shade συνέχιζαν να απορρίπτουν το μικροβιακό μυστήριο στην Centralia, ο βιολόγος του Πανεπιστημίου της Ιντιάνα, Jay Lennon, είχε ένα δικό του μυστήριο. Καθώς το κόστος της γενετικής αλληλουχίας μειώθηκε και τα προγράμματα ηλεκτρονικών υπολογιστών έγιναν πιο εξελιγμένα, κατέστη δυνατό για τους ερευνητές να αναλύσουν την αλληλουχία του DNA απευθείας από περιβαλλοντικά δείγματα, για μελέτες γνωστές ως μεταγονιδιωματική. Για πρώτη φορά, οι επιστήμονες δεν χρειάστηκε να καλλιεργήσουν οργανισμούς για να τους μελετήσουν στο εργαστήριο. Απλώς αναλύοντας την αλληλουχία του DNA των μικροβίων σε ένα περιβάλλον, θα μπορούσαν να ανακαλύψουν τι ζούσε εκεί και σε ποια ποσότητα.

Αλλά «η αφθονία ενός οργανισμού δεν μας λέει αν είναι ενεργός», είπε ο Alexander Loy, μικροβιολόγος στο Πανεπιστήμιο της Βιέννης. Για τον προσδιορισμό της μεταβολικής δραστηριότητας, οι βιολόγοι χρησιμοποιούν στρατηγικές όπως η μέτρηση του RNA που παράγει ένας οργανισμός. Επειδή το RNA είναι ένα μόριο πολύ μικρότερης διάρκειας ζωής από το σχετικά ανθεκτικό DNA, είναι πιο αληθινός δείκτης του τρέχοντος μεταβολισμού και όχι μόνο της ύπαρξης του κυττάρου. Κατ' αναλογία, ένας απογραφέας μπορεί να μετρήσει όλα τα κτίρια σε ένα αστικό τετράγωνο, αλλά αυτό από μόνο του δεν θα πει αν είναι σπίτια ή επιχειρήσεις ή αν είναι κατειλημμένα αυτήν τη στιγμή. Για αυτές τις απαντήσεις, ο υπάλληλος της απογραφής μπορεί να χρειαστεί να πραγματοποιήσει συνεντεύξεις από πόρτα σε πόρτα ή να μετρήσει τη χρήση νερού και ηλεκτρικής ενέργειας.

Όταν ο Lennon άρχισε να εξετάζει βιολογικά δείγματα από το νερό της λίμνης, το έδαφος και ακόμη και τα περιττώματα το 2010, ξανά και ξανά βρήκε το μικροβιακό ισοδύναμο εγκαταλελειμμένων κτιρίων. Πολλά είδη ήταν εκεί, αλλά ένα μεγάλο ποσοστό των μικροβίων σε φαινομενικά κάθε περιβάλλον δεν φαινόταν να κάνει τίποτα.

Αυτά τα αδρανοποιημένα μικρόβια με πολύ μειωμένη μεταβολική δραστηριότητα υπάρχουν σε έναν οριακό χώρο μεταξύ ζωής και θανάτου. Μπορεί να μην κάνουν πολλές από τις δραστηριότητες που συνήθως συνδέονται με τη ζωή, όπως το να μεγαλώνουν, να τρώνε ή να αναπαράγουν τα γονίδιά τους, αλλά επίσης είναι πολύ ξεκάθαρο ότι δεν έχουν πεθάνει - γιατί μερικές φορές θα ξαναζωντανέψουν. «Πήγαινε για ύπνο, αν θέλεις, και έχεις τη δυνατότητα να ξυπνήσεις ξανά», είπε ο Λένον.

Η έννοια των αδρανών μικροβίων ήταν τουλάχιστον ενός αιώνα παλιά, αλλά οι βιολόγοι πίστευαν ότι ήταν σπάνια. Τα περισσότερα από όσα ήταν γνωστά για τον λήθαργο προήλθαν από βακτήρια που σχημάτισαν ανθεκτικά σπόρια, συμπεριλαμβανομένου του Bacillus anthracis , το μικρόβιο του εδάφους που φημίζεται για την πρόκληση του άνθρακα. Η ικανότητα σχηματισμού σπορίων μπορεί να προστατεύσει ένα βακτήριο από τα πάντα:υψηλές δόσεις υπεριώδους και ακτινοβολίας γάμμα, παρατεταμένη ξηρασία, το κενό του διαστήματος. "Οι άνθρωποι έχουν αναστήσει βακτήρια από κεχριμπάρι", είπε.

Το μειονέκτημα του να βασίζεσαι στα σπόρια ως στρατηγική επιβίωσης είναι ότι είναι εξαιρετικά απαιτητικό. Το δέκα τοις εκατό του B. ανθρακί Το γονιδίωμα είναι αφιερωμένο στον σχηματισμό σπορίων και η διαδικασία μπορεί να διαρκέσει περισσότερες από πέντε ώρες, μέχρι να τελειώσει. Με τόσο υψηλό βιολογικό κόστος εκκίνησης, αυτή η ικανότητα εξελίχθηκε μόνο μία φορά σε μια ενιαία ομάδα βακτηρίων, από όσο γνωρίζουν οι ερευνητές. Αυτό υποδηλώνει ότι τέτοια μικρόβια Lazarus είναι μικροσκοπικές παραξενιές.

Ωστόσο, δεδομένα από τον Lennon και άλλους μικροβιολόγους έδειξαν ότι ο λήθαργος μπορεί να είναι ο κανόνας και όχι η εξαίρεση. "Περισσότερο από το 90 τοις εκατό της μικροβιακής βιομάζας [στο έδαφος] είναι ανενεργή", είπε.

Ο λήθαργος εξήγησε πώς θα μπορούσαν να συνυπάρχουν τόσα πολλά μικρόβια - έως και 10 κύτταρα ανά γραμμάριο εδάφους. Κατά κάποιο τρόπο, δεν το έκαναν, τουλάχιστον όχι όλοι ταυτόχρονα. Αντί να καταναλώνουν πολύτιμους πόρους πολεμώντας μεταξύ τους για τροφή και χώρο, τα μικρόβια θα μπορούσαν να εισέλθουν σε μια φάση αδράνειας για να περιμένουν καλύτερες περιβαλλοντικές συνθήκες. Ο λήθαργος έδωσε επίσης στα μικρόβια έναν τρόπο να επιβιώσουν από τα κύματα της γιορτής ή της πείνας των τροφίμων και άλλων βασικών αγαθών, καθώς και των περιορισμών των ακραίων περιβαλλόντων. Οι αδρανείς οργανισμοί δεν είναι τόσο ανθεκτικοί όσο τα σπόρια, αλλά η κατάσταση ηρεμίας τους σημαίνει ότι δεν χρειάζεται να σπαταλούν πολύτιμους πόρους αντιμετωπίζοντας στρεσογόνους παράγοντες. Οι θερμοκρασίες που μπορεί να σκοτώσουν έναν οργανισμό που διαιρείται γρήγορα μπορεί να γίνουν υποφερτές εάν το μικρόβιο δεν χρειάζεται να βρει τροφή, να παράγει πρωτεΐνες και να ασχοληθεί με άλλες εργασίες καθαριότητας. Ως αποτέλεσμα, οι οργανισμοί σε ηρεμία μπορούν να ανεχθούν ένα ευρύτερο φάσμα θερμοκρασιών και άλλων περιβαλλοντικών συνθηκών από ό,τι αν αναπτύσσονταν ως συνήθως. Δανειζόμενος μια φράση από τη βοτανική, ο Lennon ονόμασε αυτό το τεράστιο απόθεμα αδρανών οργανισμών «μικροβιακή τράπεζα σπόρων», η οποία απλώς περίμενε τις κατάλληλες περιβαλλοντικές συνθήκες για να αναπτυχθεί και να ευδοκιμήσει.

Οι επιστήμονες πίστευαν ότι τα μικρόβια του εδάφους που βρέθηκαν στις ερήμους της Ανταρκτικής ήταν τα ίδια με αυτά που βρέθηκαν στο τροπικό δάσος του Αμαζονίου, αλλά οι μελέτες έδειξαν ότι, όπως όλοι οι οργανισμοί, τα μικρόβια του εδάφους είναι πολύ προσαρμοσμένα στις τοπικές συνθήκες. Για αυτόν τον λόγο, ο Lennon δεν πιστεύει ότι η Γη έχει μια παγκόσμια τράπεζα μικροβιακών σπόρων. Αντίθετα, κάθε κοινότητα εδάφους, όπως η βρωμιά στην Centralia, έχει τη δική της τοπική τράπεζα σπόρων. Τα τοπικά μικρόβια κατατίθενται στην τράπεζα σπόρων όταν οι συνθήκες είναι λιγότερο από ιδανικές. Μικρόβια από αλλού μπορούν επίσης να κάνουν ωτοστόπ στην περιοχή, να φτάσουν στα πόδια και τα φτερά των πουλιών ή να φυσούν μέσα στον άνεμο. Μερικοί από αυτούς μπορεί να προσπαθήσουν να τα καταφέρουν και είτε να ευδοκιμήσουν είτε να πεθάνουν, αλλά άλλοι θα πεθάνουν και θα περιμένουν.

Η μικροβιακή οικολόγος Genoveva Esteban του Πανεπιστημίου Bournemouth στο Ηνωμένο Βασίλειο είδε την τράπεζα μικροβιακών σπόρων να λειτουργεί στο Priest Pot, μια λίμνη 10.000 ετών στην περιοχή Lake District της βόρειας Αγγλίας. Ο Εστέμπαν έφερε δείγματα μικροβιακών ευκαρυωτών (μικροί, μονοκύτταροι οργανισμοί με πυρήνα) από τον Priest Pot πίσω στο εργαστήριο για να αναπτυχθούν. Όπως και τα προκαρυωτικά αδέρφια τους με έλλειψη πυρήνα, οι ευκαρυώτες είναι δύσκολο να αναπτυχθούν στον πολιτισμό. Οι περισσότεροι απλά δεν θέλουν να αναπτυχθούν στο εργαστήριο. Όταν η Εστέμπαν κοίταξε σταγόνες νερού της λίμνης κάτω από το μικροσκόπιο, είδε εκατοντάδες είδη πλασμάτων που στροβιλίζονται και κολυμπούν. Στο εργαστήριο, μπόρεσε να αναγνωρίσει μόνο 20 είδη που αναπτύσσονταν στο μπουκάλι καλλιέργειας. Στη συνέχεια χώρισε την κουλτούρα και την μεγάλωσε σε μια σειρά από περιβάλλοντα. («Πραγματικά στριμώξαμε τη φαντασία μας» για να καταλήξουμε σε κάθε πιθανό συνδυασμό συνθηκών, είπε η Esteban.) Τρεις μήνες αργότερα, είχε 135 είδη.

"Υπήρχαν όλοι αυτοί οι κρυμμένοι οργανισμοί, που απλώς περίμεναν να εμφανιστούν οι κατάλληλες συνθήκες", είπε.

Το ίδιο συνέβη όταν ο Εστέμπαν πήρε δείγματα από τις αλυκές της Ανδαλουσίας, αυτά τα υπεραλατούχα υπολείμματα αρχαίων θαλασσών στη σημερινή νότια Ισπανία. Αρχικά, μπορούσε να ανιχνεύσει μόνο επτά μικροβιακά είδη σε δείγματα από έξι διαφορετικές αλυκές. Σταδιακά αραίωσε αυτά τα δείγματα και τα άφησε να αναπτυχθούν για πέντε εβδομάδες ή περισσότερο, και ο αριθμός των ειδών έφτασε στα 95.

Κατά μία έννοια, οι σκόπιμοι περιβαλλοντικοί χειρισμοί του Esteban μιμήθηκαν αυτό που συμβαίνει όταν οι συνθήκες αλλάζουν στον φυσικό κόσμο - συμπεριλαμβανομένου του τι συμβαίνει καθώς το κλίμα συνεχίζει να θερμαίνεται. Ψηλά στην Αρκτική της Αλάσκας, η Janet Jansson, μικροβιολόγος στο Εθνικό Εργαστήριο Βορειοδυτικού Ειρηνικού έξω από το Richland της Ουάσιγκτον, παρακολουθούσε πώς η υπερθέρμανση του πλανήτη επηρέαζε τα μικρόβια στο Hess Creek. Για χιλιάδες χρόνια, το υπόγειο έδαφος στην περιοχή ήταν μόνιμα παγωμένο, αλλά η υπερθέρμανση του πλανήτη το αλλάζει αυτό, προκαλώντας τα υπόγεια στρώματα του εδάφους να αρχίσουν να ξεπαγώνουν.

Στα αποτελέσματα που δημοσιεύτηκαν στο Nature Το 2011, η Jansson διαπίστωσε ότι μετά την απόψυξη ενός δείγματος για μόλις 48 ώρες, θα μπορούσε να αρχίσει να βλέπει μια αλλαγή στο DNA της κοινότητας. Αυτό υπαινίσσεται την αύξηση της αφθονίας των βακτηρίων που τρώνε άνθρακα, σε αντίθεση με τον τύπο μικροβίου που βρίσκεται συνήθως στον μόνιμο παγετό, βγάζοντας τα προς το ζην χρησιμοποιώντας τον σίδηρο ως πηγή ενέργειας.

Η μεταγενέστερη δειγματοληψία τόσο των αποψυγμένων όσο και των κατεψυγμένων θέσεων, υποστηριζόμενη από ανάλυση RNA, επιβεβαίωσε ότι το DNA δεν ήταν ψέματα. Στο αποψυγμένο έδαφος, τα μικρόβια που μειώνουν τον σίδηρο είχαν αντικατασταθεί σε μεγάλο βαθμό από άλλα που χρησιμοποιούν οργανικό άνθρακα για φαγητό. Αυτές οι διαφορές, όπως διαπίστωσε ο Jansson, ήταν εγγενείς στο σύστημα.

«Είναι μια πολύ ακραία διαφορά στη λειτουργία», είπε. «Αυτοί οι οργανισμοί είναι ήδη εκεί, απλώς σε χαμηλούς αριθμούς. Το περιβάλλον επιλέγει αυτό που μπορεί να ευδοκιμήσει.»

Από οικολογική άποψη, λέει ο Loy, οι τράπεζες σπόρων παρέχουν στο σύστημα ένα είδος ασφαλιστηρίου συμβολαίου. «Εάν παίρνετε αντιβιοτικά, εκείνοι με γονίδια αντίστασης μπορούν να αναπτυχθούν και να καταλάβουν αυτές τις κενές θέσεις», είπε ο Λόι. Οι τράπεζες σπόρων λειτουργούν με τον ίδιο τρόπο, με τους αδρανείς οργανισμούς να κυριαρχούν όταν αλλάζουν οι περιβαλλοντικές συνθήκες. Οι Tobin και Shade υπέθεσαν ότι μια τράπεζα μικροβιακών σπόρων θα μπορούσε να εξηγήσει μερικά από αυτά που έβλεπαν στην Centralia. Τα μακροχρόνια πειράματά τους συνεχίζονταν, δίνοντάς τους την τέλεια ευκαιρία να δοκιμάσουν αυτήν την ιδέα, όταν ξαφνικά χτύπησε η καταστροφή.

Ένα εφεδρικό σχέδιο για τα οικοσυστήματα

Ακριβώς όπως η Centralia έχει προσελκύσει πολλά παράξενα μικρόβια, έχει επίσης προσελκύσει περίεργους της πιο δίποδης ποικιλίας. Κατά τη διάρκεια του παγωμένου απογεύματος, ο Τόμπιν και εγώ περάσαμε τριγυρνώντας γύρω από τη Σέντραλια, αρκετά αυτοκίνητα βγήκαν από τη Λεωφόρο Λούκαστ για να μας ζητήσουν οδηγίες για την πυρκαγιά. «Αυτό συμβαίνει πάντα», μου είπε καθώς τα αυτοκίνητα έφευγαν, απογοητευμένη όταν έμαθαν ότι δεν θα μπορούσαν να δουν καμία φλόγα. Η παλιά Route 61, η οποία κατέρρευσε μερικώς για τελευταία φορά το 1993 και ανάγκασε το κράτος να κατασκευάσει μια παράκαμψη, εξακολουθεί να υπάρχει ως ασφάλτινος καμβάς για τους καλλιτέχνες γκράφιτι. Η δουλειά τους κυμαίνεται από το πεζό "L+L 4EVER" έως κομμάτια πιο σκατολογικής και σεξουαλικής φύσης.

Ο Τόμπιν απέκρουσε μεγάλο μέρος αυτού του βανδαλισμού. Αλλά το 2006, μια ομάδα κυνηγών θησαυρών έσκισε μεγάλο μέρος της γης μέσα και γύρω από την Centralia, σκάβοντας χώμα στο κυνήγι τους για γυαλί αντίκες. Μία από τις τοποθεσίες που κατέστρεψαν ήταν ο χώρος μακροχρόνιας μελέτης που είχαν αναπτύξει εκείνη και η Shade. Μέσα σε μια νύχτα, χάθηκε μισή δεκαετία δουλειάς.

«Έμοιαζε σαν να ήταν εμπόλεμη ζώνη», είπε ο Tobin.

Μέχρι τη στιγμή που η Τόμπιν ξεκίνησε και πάλι την έρευνά της, η Shade είχε ολοκληρώσει το διδακτορικό της στη μικροβιολογία στο Πανεπιστήμιο του Ουισκόνσιν, στο Μάντισον, και βρήκε μια θέση σχολής στο Πολιτειακό Πανεπιστήμιο του Μίσιγκαν. Ωστόσο, δεν ξέχασε ποτέ τον χρόνο της στο Centralia, οπότε το 2014 κάλεσε τον παλιό της καθηγητή και ζήτησε από τον Tobin να συνεργαστεί. Εκείνο τον Οκτώβριο, η Shade και ο διευθυντής του εργαστηρίου της επιβιβάστηκαν σε ένα αεροπλάνο και πέταξαν στην Πενσυλβάνια.

Οπλισμένοι με μυστρί, βάζα κονσερβοποιίας μεγέθους τεταρτημορίου και άφθονη χλωρίνη για να απολυμάνουν τα φτυάρια και τα παπούτσια τους, η ομάδα κατέβηκε σε ό,τι είχε απομείνει από την πόλη και άρχισε να παίρνει δείγματα χώματος. Η ομάδα έσκαψε χώμα από πολλές τοποθεσίες για άλλη μια φορά:πάνω από μια ενεργή πυρκαγιά, πάνω από περιοχές που είχαν καεί και από τότε ψυχθεί, και πάνω από τμήματα του ορυχείου που δεν είχαν πάρει ποτέ φωτιά. Αφού συσκεύασε προσεκτικά τα γεμάτα βάζα κονσερβοποίησης σε ένα μεγάλο ψυγείο, η Shade επέστρεψε στο East Lansing και άρχισε να μελετά τη βρωμιά στο εργαστήριό της.

Ξεκίνησε συγκρίνοντας τα είδη που ζουν σε καθεμία από τις τρεις ομάδες. Αρχικά πίστευε ότι τα μικρόβια από τις περιοχές που καίγονται ενεργά θα είχαν τη μικρότερη διακύμανση μεταξύ των τοποθεσιών:Οι προκλήσεις της ανάπτυξης σε τέτοια ακραία ζέστη, κατάλαβε, θα περιόριζαν σοβαρά το είδος των οργανισμών που θα μπορούσαν να αναπτυχθούν. Αφού η φωτιά έσβησε και το έδαφος κρύωσε, ο Shade περίμενε ότι τα μικρόβια θα επέστρεφαν σε μια πιο διαφορετική κατάσταση. Στην πραγματικότητα, αυτή και ο Tobin βρήκαν το ακριβώς αντίθετο:Οι μικροβιακές πληθυσμοί στις θερμές περιοχές αποκλίνονταν και στη συνέχεια συνέκλιναν εκ νέου καθώς το έδαφος ψύχθηκε σε μια περίοδο 10-20 ετών.

«Οι μικροβιακές κοινότητες έχουν μια τεράστια ικανότητα να ανταποκρίνονται και να ανακάμπτουν», είπε ο Shade. "Φαίνεται να υπάρχει αυτή η εγγενής ικανότητα στο σύστημα που απλώς κοιμάται."

Ανεξάρτητα από το πώς άλλαξαν οι πληθυσμοί των μικροβίων, οι Shade και Tobin υπέθεσαν ότι η μικροβιακή τράπεζα σπόρων της Centralia ήταν αυτή που επέτρεψε στο σύστημα να ανταποκριθεί στο κύμα θερμοκρασίας από τη φωτιά και να επιστρέψει στην αρχική του κατάσταση. Μια περαιτέρω μελέτη στο PLOS ONE έδειξε ότι η τράπεζα σπόρων μπορεί επίσης να επέτρεψε στο έδαφος να ανταποκριθεί σε αυξημένα επίπεδα αρσενικού και άλλων βαρέων μετάλλων που απελευθέρωσε η φωτιά. Για τον Esteban, αυτό είναι ολόκληρο το νόημα της τράπεζας σπόρων.

«Μια τράπεζα σπόρων σημαίνει ότι η λειτουργία του οικοσυστήματος δεν θα σταματήσει ποτέ. Ακόμα κι αν αλλάξουν οι συνθήκες, το οικοσύστημα μπορεί να συνεχίσει να λειτουργεί», είπε.

Η διαδικασία ωφελεί επίσης μεμονωμένα είδη. «Τα περισσότερα μικρόβια ζουν στην κόψη του ξυραφιού μεταξύ ζωής και θανάτου», λέει ο Lennon. «Και το να κοιμάσαι είναι καλύτερο από το να πεθάνεις». Ωστόσο, το τι ακριβώς πυροδοτεί αυτόν τον λήθαργο παραμένει ασαφές. Ούτε οι επιστήμονες γνωρίζουν αν ολόκληρος ο πληθυσμός ενός μικροβίου θα επιλέξει τον λήθαργο ή αν κάποιοι μπορεί να μείνουν αδρανείς ως hedge fund για τους αδελφούς τους που προσπαθούν να το κάνουν, ακόμη και σε αντίξοες συνθήκες.

Προς το παρόν, ωστόσο, ο ρόλος της μικροβιακής τράπεζας σπόρων και ακόμη και η ίδια η παρουσία της παραμένουν εικαστικοί. Η Shade και οι απόφοιτοι μαθητές της οδηγούν πίσω στην εγκαταλελειμμένη πόλη κάθε φθινόπωρο για να συγκεντρώσουν περισσότερα δείγματα. Στο πιο πρόσφατο ταξίδι της, πήρε δείγματα εδάφους από περιοχές που δεν κάηκαν ποτέ, τα έφερε πίσω στο εργαστήριο και άρχισε να τα θερμαίνει κάτω από ελεγχόμενες συνθήκες για να δει πώς ανταποκρίθηκαν. Αυτό το σύνολο πειραμάτων είναι ακόμη σε εξέλιξη, αλλά ο Shade ελπίζει ότι μπορεί να αρχίσει να απαντά σε ορισμένες θεμελιώδεις ερωτήσεις σχετικά με τον ρόλο των τραπεζών σπόρων. Αυτές οι απαντήσεις δεν θα παρέχουν απλώς μια εικόνα για το τι συμβαίνει στην Centralia ή σε χιλιάδες άλλες πυρκαγιές σε ανθρακωρυχεία σε όλο τον κόσμο. Θα μπορούσαν επίσης να δώσουν πολύτιμες ενδείξεις για το πώς τα μικρόβια του κόσμου θα ανταποκριθούν σε ένα θερμαινόμενο κλίμα.

Η θέση της Centralia στο επίκεντρο των κλιματικών ζητημάτων βασίζεται σε περισσότερα από τα μικρόβια της. Παρόλο που ο άνθρακας της πόλης συνεχίζει να καίει κάτω από το έδαφος, αρκετές ανεμογεννήτριες έχουν ανεγερθεί στην κορυφή μιας κοντινής κορυφογραμμής. Το αν η πόλη θα μπορέσει να επιδείξει το είδος της ανθεκτικότητας που δείχνουν τα τοπικά μικρόβια μένει να φανεί. Στο μεταξύ, οι τουρμπίνες συνεχίζουν να γυρίζουν αργά στο αεράκι.