Noc Biologów 2021

Czym są mikroorganizmy? Czy życie bez nich mogłoby istnieć?

Fotografię Prochlorococcus sp. wykonali L. Thompson oraz N. Watson (licencja CC0 1.0)

Postaramy się Wam odpowiedzieć na to pytanie pod kątem mikroorganizmów wodnych. Według definicji mikroorganizmy to nic innego jak organizmy widoczne pod mikroskopem, do których zaliczane są organizmy jednokomórkowe takie jak bakterie, archeony, pierwotniaki, grzyby oraz niektóre glony. Wyobraźcie sobie, że gdyby nie te maleńkie organizmy życie na Ziemi które znamy nigdy by nie powstało.

Cały proces rozpoczął się około 3,9 mld lat temu w ciepłych wodach, gdy atmosfera ziemska pozbawiona była tlenu, natomiast wysycona była wodorem, metanem oraz tlenkami węgla i azotu. Stanowiły one źródło pierwiastków do wytworzenia pierwszych związków organicznych. Jednak, aby mogły one powstać potrzebne było jeszcze źródło energii, które pochodziło z promieniowania oraz z wyładowań elektrycznych towarzyszących częstym wówczas burzom. Związki te z czasem zaczęły przekształcać się w aminokwasy, białka oraz kwasy nukleinowe i dały początek związkom wielkocząsteczkowym, które poprzez swoją zdolność do samopowielania się spowodowały powstanie pierwszych prostych komórek. Dowody na istnienie organizmów jednokomórkowych, przypominających dzisiejsze bakterie, pochodzą sprzed 3,6 mld lat i znajdują się w warstwowych skałach utworzonych przez sinice. Były to organizmy cudzożywne, pobierające z otoczenia proste związki organiczne, a energię czerpiące z oddychania beztlenowego (pamiętajmy, atmosfera jest wówczas pozbawiona tlenu).

Po nich pojawiły się organizmy przeprowadzające chemosyntezę, a następnie te zdolne do fotosyntezy, przypominające dzisiejsze sinice. Samożywność dawała im dużą przewagę nad bardziej pierwotnymi komórkami, dlatego też szybko się namnażały. Posiadały jądro komórkowe przechowujące materiał genetyczny, chloroplasty umożliwiające pochłanianie energii świetlnej w celu przemiany dwutlenku węgla i wody w glukozę i tlen oraz mitochondrium pozwalające na czerpanie energii z oddychania tlenowego. Organizmy te dały początek olbrzymiej różnorodności jednokomórkowych glonów i pierwotniaków, które rozwijają się do dziś. Ich obecność miała ogromny wpływ na atmosferę ziemską. W wyniku przeprowadzanej fotosyntezy zaczął się w niej gromadzić tlen, który spowodował wiele istotnych zmian na Ziemi. Nadał on atmosferze charakterystyczny niebieski kolor, wcześniej była różowa. Kolor zmieniły także oceany. Nie były już brunatne lecz lazurowe. Powstała warstwa ozonowa chroniąca przed szkodliwym promieniowaniem UV, co umożliwiło intensywny rozwój organizmów w oceanach.

Obecność tlenu miała także negatywne skutki, gdyż doprowadziła do śmierci większości organizmów oddychających beztlenowo. Przetrwały jedynie te żyjące np. w osadach dennych czy też w głębinach. Obniżenie stężenia gazów cieplarnianych mogło być przyczyną zlodowaceń, efektem których było wielkie wymieranie organizmów. Jednakże po ponownym ociepleniu klimatu dochodziło do wzmożonego rozwoju już wielokomórkowych organizmów. Miało to miejsce 1,5 mld lat temu. Od tego czasu stopniowo powstawały coraz bardziej wyspecjalizowane organizmy, które 500 mln lat temu rozpoczęły ekspansję także na lądzie. W taki oto sposób dzięki prostym mikroorganizmom ukształtował się klimat oraz powstało życie na Ziemi. Obecnie mikroorganizmy wodne również są niezbędne do prawidłowego funkcjonowania życia na naszej planecie, gdyż produkują ponad połowę tlenu znajdującego się w atmosferze. Tak, dobrze widzicie, to nie deszczowe lasy tropikalne, a mały fitoplankton jest głównym dostawcą tlenu, którym oddychamy. Szacuje się, że fitoplankton produkuje od 50 do 80% tlenu, podczas gdy wszystkie lasy deszczowe około 12%, w tym połowę z tego lasy amazońskie. Wśród fitoplanktonu prym wiodą przedstawiciele cyjanobakterii z rodzaju Prochlorococcus sp. o wielkości około 0,6µm, który wg szacunków dostarcza aż 20% całego tlenu znajdującego się w atmosferze. Zatem dbając o nasze środowisko, chrońmy nie tylko organizmy duże ale także te małe, bo tak naprawdę nie wiemy od kogo zależy nasze życie.

Autorka tekstu: Monika Wiśniewska