Bakterie karmiące się popiołem z wybuchu supernowej

Bacteria-magnetofossils_FEA_Color-700x256

Kosmos dotyka nas na wiele sposobów. Meteory z kolizji starożytnych planetoid i pył z komet codziennie przelatują nad naszymi głowami, choć większości z nich nie widzimy. Promieniowanie kosmiczne jonizuje atomy w wyższych poziomach atmosfery, a wiatr słoneczny na przeróżne cwane sposoby wpada w ziemską magnetosferę i rozpala niebo zorzą polarną. Nie możemy nawet spokojnie spacerować w słoneczny, letni dzień bez niepokoju o naszą skórę spalaną słonecznym promieniowaniem ultrafioletowym.

Być może więc nikogo nie zaskoczy, że Ziemia w swojej historii była również dotknięta jednym z największych kataklizmów oferowanych przez wszechświat: eksplozją nadolbrzymiej gwiazdy wybuchającej jako supernowa typu II. Po zapadnięciu się jądra, fala uderzeniowa rozdziera gwiazdę na kawałki, uwalniając i tworząc mnóstwo pierwiastków. Jednym z nich jest żelazo-60. Większość żelaza we wszechświecie to żelazo-56, stabilny atom składający się z 26 protonów i 30 neutronów, jednak żelazo-60 ma 4 dodatkowe neutrony, dzięki którym staje się niestabilnym, radioaktywnym izotopem.

Na zdjęciach zrobionych przez elektronowy mikroskop transmisyjny widać maleńkie magnetoskamieniałości zawierające żelazo-60, izotop żelaza powstały przy gwałtownym wybuchu supernowej. Są pozostałościami po bakteriach znalezionych w próbkach z dna Oceanu Atlantyckiego. Źródło: Marianne Hanzlik, Chemie Department, FG Elektronenmikroskopie, Technische Universität München
Na zdjęciach zrobionych przez elektronowy mikroskop transmisyjny widać maleńkie magnetoskamieniałości zawierające żelazo-60, izotop żelaza powstały przy gwałtownym wybuchu supernowej. Są pozostałościami po bakteriach znalezionych w próbkach z dna Oceanu Atlantyckiego. Źródło: Marianne Hanzlik, Chemie Department, FG Elektronenmikroskopie, Technische Universität München

Jeśli wybuch supernowej będzie miał miejsce blisko naszego Układu Słonecznego, możliwe, że trochę materiału dostanie się na Ziemię. Jak można wykryć te gwiezdne pozostałości? Jednym ze sposobów może być poszukiwanie śladów unikalnych izotopów, które mogły powstać tylko w takiej eksplozji. Zespół niemieckich naukowców zrobił właśnie to. W artykule opublikowanym na początku tego miesiąca w Preceedings of the National Academy of Sciences poinformowali o znalezieniu żelaza-60 w biologicznie wytworzonych nanokryształach megnetytu w dwóch próbkach osadu wywierconych z Oceanu Spokojnego.

Magnetyt to minerał bogaty w żelazo, co sprawia, że jest przyciągany do magnesu tak, jak igła kompasu reaguje na pole magnetyczne Ziemi. Bakterie magnetotaktyczne, czyli takie, które orientują się względem linii pola magnetycznego Ziemi, zawierają wyspecjalizowane struktury zwane magnetosomami, w których przechowują kryształy magnetyczne – przede wszystkim w postaci magnetytu (lub greigitu, siarczku żelaza) w długich łańcuchach. Uważa się, że natura zadała sobie tyle trudu, aby pomóc tym stworzeniom odnaleźć wodę z koncentracją tlenu optymalną dla ich przetrwania i reprodukcji. Nawet po swojej śmierci, gdy opadają na dno oceanu, bakterie te ustawiają się jak mikroskopowe igły kompasu.

Gdy bakterie umrą, rozkładają się i rozpuszczają, ale kryształy są na tyle twarde, że zostają zachowane w łańcuchach magnetoskamieniałości przypominających łańcuchy na choince bożonarodzeniowej. Przy użyciu spektrometru mas, który rozdziela jedną cząsteczkę od drugiej z zaskakującą precyzją, zespół znalazł „żywe” atomy żelaza-60 w skamieniałych łańcuchach kryształów magnetytu wytworzonych przez bakterie. Żywe, czyli nadal świeże. Ponieważ okres połowicznego rozpadu żelaza-60 to zaledwie 2,6 mln lat, wszelkie atomy żelaza-60, które pojawiły się na Ziemi podczas jej formowania dawno zniknęły.

Autorzy Peter Ludwig i Shawn Bishop wraz ze swoim zespołem stwierdzili, że materiał z supernowej dotarł do Ziemi około 2,7 mln lat temu, w czasie przejścia plejstocenu w pliocen, i opadał na Ziemię przez 800 000 lat, aż do około 1,7 mln lat temu. Ciekawy był to opad.

Największa koncentracja miała miejsce około 2,2 mln lat temu, w czasie, gdy nasi przodkowie Homo habilis ciosali narzędzia z kamienia. Czy dostrzegli pojawienie się niezwykle jasnej „gwiazdy nowej” na nocnym niebie? Zakładając, że supernowa nie była zasłonięta przez kosmiczny pył, widok ten musiał powalić naszych dwunogich przodków na kolana.

Promieniowanie kosmiczne, czyli przemieszczające się niewyobrażalnie szybko wysokoenergetyczne protony i jądra atomów, rozbijają cząsteczki w atmosferze i są nawet w stanie dotrzeć do powierzchni Ziemi podczas wybuchu pobliskiej supernowej, znajdującej się nie dalej niż około 50 lat świetlnych od Słońca. Wysoka dawka promieniowania mogłaby zagrozić życiu, a jednocześnie spowodować wzrost liczby mutacji, jednej z sił kreujących, która prowadzi do różnorodności życia na naszej planecie. Życie to historia dobrych i złych przypadków.

Odkrycie żelaza-60 jeszcze bardziej utrwala nasz związek z wszechświatem. Bakterie karmiące się popiołem z wybuchu supernowej nadają nowe znaczenie słynnym słowom zmarłego Carla Sagana: „Kosmos jest w nas. Jesteśmy zrobieni z gwiazd.” Mali czy duzi, wszyscy zawdzięczamy nasze życie gwiezdnej syntezie pierwiastków.

Źródło: universetoday.com