לחיים בסביבות קיצוניות צריכה להיות התאמה לכמה גורמים: קרומי התא, החלבונים והחומר התורשתי צריכים להיות מסוגלים לפעול כמו שצריך.
-קרום התא בנוי משומנים, ובתוך המבנה הדו מימדי של השומנים מוצבים חלבונים אשר חיוניים להכניס ולהוציא כל מיני חומרים מהתא. לשומנים יש תכונה שהנוזליות שלהם תלויה בטמפרטורה. הממברנה חייבת להיות ברמה תקינהß לא יותר מדי נוזלית. הגבול העליון שמכתיב מהי הטמפרטורה של חיים היא מהי הטמפרטורה שלא הופכת את הקרוס למוצק אך גם לא לנוזלי מדי.
איך בנוי חומר שומני?
שרשראות של חומצות שומן, מולקולה של גליצרול או גליצרין. הקשר בין הגליצרול לשרשרת של חומצות השומן הוא קשר אסתר. C-O-C=O
לקשר הזה יש בעיית יציבות. די קל לפרק אותו, במיוחד בטמפרטורות גבוהות.
בסביבות קיצוניות אנחנו פוגשים קשר אחר בין הגליצרול לשרשראות הוא C-O-C. קשר כזה נקרא קשר אתר. הוא הרבה יותר יציב. ממברנה כזאת הבנויה מקשרי אתר היא הרבה יותר יציבה ועמידה בפני טמפרטורות.
-חלבון: החלבון מאבד את המבנה המרחבי שלו, ולא את רצף חומצות האמינו. אם חושבים למשל על אנזימים, על מנת שיעבדו החלבון צריך לעבוד בצורה נכונה. אם מחממים יתר על המידה את החלבון, הקיפול נעלם והצורה משתנה. כל השרשרת חשופה ואפילו אם מקררים יכול להיווצר סבך אחד גדול ופעילות אנזימטית לא תתקיים. אם רוצים לגדול בסביבה קיצוניות, כל האנזימים חייבים לשמור על המבנה המרחבי שלהם ועל הפעילות שלהם. התאמות מוכרות למבנה החלבון ידועים לחוקרים.
-החומר התורשתי הוא סליל כפול, אשר בסביבות טמפרטורה קיצוניות חמות שני הסלילים עלולים להיפרד. במצב קריטי כל הסליל מתפרק לשני גדילים בצורה לא מסודרת וכך הגדיל לא שווה כלום. כל יצור אשר חי מעל טמפרטורה קיצונית חייב לשמור גם על הדנ"א מפני התפרקות טרמית. לחוקרים יש די הרבה מידע, אך לא מספיק.
אז מהו הגבול?
אם נכנסים לנביעות מתחת לפני הים ניתן למצוא נביעות בטמפרטורות גבוהות יותר מ93 מעלות, בהן מתקיימים חיים. אותם המים אשר מתפרצים מתוך הנביעות בעומק הים הם בטמפ' של 300 מעלות. זוהי סביבה נהדרת לצוד היפוטרמופילים.
קרוב ללוע של הרי געש תת-מימיים מצאו כל מיני יצורים. קבוצת חוקרים אמריקאים פרסמו מחקר בו מצאו חיידקים מאותם מעשנים מתחת לפני הים בטמפרטורה של 250 מעלות. היו להם מתנגדים אשר ניסו להפריך את מסקנתם בתנאי מעבדה וטענו כי מה שהם מצאו זה כימיה ודבר כזה לא ייתכן. איפה עובר הגבול? קבוצה של יפנים מצאה חיידק הפועל על מתאן והצליחו לגדל אותו ב122 מעלות בלחץ של 200 אטמוספרות.
**יש פה בעיה! משום שאת עיקור החיידקים אנחנו מבצעים באוטוקלאב ב121 מעלות. אם יש יצור שיודע לשרוד ולהתרבות, כלומר מקיים אורח חיים מלא. הבעיה נפתרת בכך שזהו חיידק מתאני שחי בקרקעית הים ולא ידוע אם ישרוז סביבה בטמפרטורות נורמליות על כדור הארץ.
חיים בסביבת לחץ קיצוני:
הנביעות מתחת לפני הים התגלו בצוללת אלווין מארה"ב, ובשנת 1968 קרתה תקלה כאשר ניסו לנתן את הצוללת מספינת האם והצוללת נפלה. הצוללת שקעה בעומק של קילומטר וחצי בערך 10 חודשים, ולאחר מכן הצליחו למשוט אותה מהמים. מצאו ששקית הסנדוויצ'ים של הצוות עדיין הייתה במצב תקין ואכיל.
כלומר, תהליכי פירוק במעמקי הים הם מאוד איטיים!
מתחת לים כל 10 מטר היא עוד אטמוספרה של לחץ.
מה אנחנו יודעים על סביבות חיים בתנאי לחץ קיצוניים? לא הרבה.
יש לעבוד עם כלים מאוד מיוחדים, ואי אפשר להכניס את החוקר לחדר לחץ. יש צורך להשתמש במערכות של קומפרסורים וזה הופך למשהו מאוד מסורבל כשמנסים למנוע דה-קומפרסיה.
המחקרים הללו מאוד יקרים, מאוד מסוכנים. אם אנחנו מדברים על חיידקים מהים העמוק הניסוי יכול לקחת כמה חודשים ואפילו חצי שנה וזה מייאש חוקרים. המחקרים הללו לא כל כך פופולריים.
חיים בסביבה חומצית:
כשדיברנו על חיידקי כיב הקיבה, ראינו שהחיידק לא מסתדר בתוך החומציות של הריבה אלא מסתתר בקרומים של הקיבה, והוא מפרק שתנן לאמוניה וכך מוריד את החומציות שמסביבו. לכן לא ניתן לומר שחיידק כיב הקיב הוא חיידק בסביבה קיצונית.
מקרה נוסף של חיים בחומציות הוא ייצור חומץ בן יין. הPH של חומץ ירד, כאשר החיידקים חמצנו את הכוהל לחומץ. החיידקים הללו עמידים לחיות בPH הנמוך הזה.
הנביעות בילוסטון מספקות גם סביבה חומצית. אם אנו פוגשים נביעות ברמת חומציות נמוכה, בדרך כלל זה קשור לגופרית ולחיים כמו-אוטו-טרופיים: ניתן למצוא בגיאותואה. כאשר ניסינו להבין את העבודות של וינוגרדסקי עשינו כל מיני שטויות עם חמצון גופרית. אלו יצורים אשר מורידים לעצמם את הPH וחיים כך. חוקרים גילו גם חיידקים שאוהבים את החומצה ויכולים לקיים חיים מלאים עם התרבות בה. מי שחי בסביבות כאלה יכול לחיות במעין חומצה רותחת. ישנם יצורים אשר מתמחים בסביבות חומציות כאלה. חומצה רותחת יכולה להיות גן עדן לחיידקים מסוים וגיהנום לאחרים.
