Gwiezdna galareta i kamień filozoficzny

Cyjanobakterie (Cyanobacteria), zwane też sinicami, to gromada bakterii (obejmująca dziś kilka tysięcy gatunków), które odegrały szczególną rolę w historii życia na Ziemi. Przodkowie cyjanobakterii odkryli, w jaki sposób można wykorzystać energię fotonów pochodzących ze Słońca, żeby w cyklu reakcji chemicznych z wody i dwutlenku węgla produkować węglowodany. Innymi słowy – cyjanobakterie wynalazły fotosyntezę i cykl Calvina–Bensona. Wszystkie inne organizmy fotosyntetyzujące pozyskały tę zdolność albo wchodząc w symbiozę z cyjanobakteriami, które utraciły samodzielność i przekształciły się w wewnątrzkomórkowe organella swoich gospodarzy zwane plastydami (należą do nich m.in. chloroplasty roślin), albo „pożyczając” gotowe plastydy od ich wcześniejszych posiadaczy.

Kolonia Nostoc commune wśród roślin, których chloroplasty są również potomkami endosymbiotycznych sinic.

Zanim jeszcze do tego doszło, cyjanobakterie spowodowały katastrofalne zmiany środowiskowe połączone z masowym wymieraniem. Produktem ubocznym fotosyntezy jest bowien tlen, którego nie zawierała atmosfera młodej Ziemi (bogata w dwutlenek węgla i metan). Sinice, pochłaniając CO2, uwalniając O2 i utleniając CH4, dramatycznie zmieniły skład atmosfery, a przy okazji, osłabiając efekt cieplarniany, spowodowały globalne zlodowacenie trwające ponad 200 mln lat. Okres, w którym to nastąpiło (2,45–2,22 miliarda lat temu), nazywamy wielką katastrofą tlenową. Tlen w wysokim stężeniu okazał się zabójczo toksyczny dla wielu wczesnych linii ewolucyjnych życia, jednak umożliwił rozwój innych, które nauczyły się wykorzystywać go dla pozyskiwania energii napędzającej procesy metaboliczne. Byli wśród nich przodkowie zwierząt. Nie byłoby więc ani fotosyntetyzujących roślin, ani oddychających tlenem zwierząt (czyli między innymi ludzi), gdyby nie sinice. Wszystkie „wyższe” formy życia mają wobec nich dług wdzięczności.

Sinice są wszędobylskie, ale prawdopodobnie wyewoluowały w płytkich wodach słodkich i na lądzie, gdzie zresztą nadal można je spotkać. Jako organizmy pionierskie, którym do życia wystarczą w zasadzie światło słoneczne, woda i powietrze, przygotowały grunt pod kolonizację lądów przez inne formy życia. Choć sinice są w zasadzie jednokomórkowcami o rozmiarach kilku mikrometrów, potrafią tworzyć duże kolonie takie jak te widoczne na ilustracjach 1 i 2. Pojedyncze bakterie łączą się w długie włókna, które okrywają się ochronną warstwą żelowatych polisacharydów wydzielanych na zewnątrz komórek. Powstaje coś, co na dobrą sprawę jest organizmem wielokomórkowym. Przedstawiona tu cyjanobakteria to trzęsidło, Nostoc commune, gatunek znany (a nawet jadany i wykorzystywany w medycynie ludowej) od stuleci, aczkolwiek nieprędko zdano sobie sprawę z tego, czym jest i skąd się bierze ta dziwna galareta, znajdowana na ziemi podczas wilgotnej pogody. Linneusz zaliczył ją do „glonów” (Algae), a w ich obrębie do rodzaju Tremella (wraz z kilkoma gatunkami – jak dziś wiemy – grzybów). W ogóle dzieje klasyfikacji sinic to długa historia nieporozumień i przełamywania schematów myślowych. Do konsekwentnego traktowania ich jako bakterii przyzwyczajono się dopiero pod koniec XX w.

Żywa skamieniałość sprzed dwóch miliardów lat.

Oprócz zdolności do fotosyntezy Nostoc posiada jeszcze jedną supermoc: potrafi wiązać azot atmosferyczny. Czyni to z niego (po raz n-ty w ewolucyjnej historii cyjanobakterii) atrakcyjnego symbionta wielu grzybów porostowych, które korzystają zarówno z cukrów syntetyzowanych przez cyjanobakterię, jak i z produkowanych przez nią związków azotu. Jednym z takich porostów jest pokazana na ilustracji 3 pawężnica rudawa (Peltigera rufescens). Niektóre gatunki pawężnic w trakcie swojej ewolucji porzuciły współpracę z Nostoc jako partnerem fotosyntetyzującym; rolę tę przejęły jednokomórkowe zielenice. Nie mogły jednak zastąpić cyjanobakterii, jeśli chodzi o wiązanie azotu, dlatego także te pawężnice zachowały sobie kultury Nostoc w specjalnych brodawkach pokrywających plechę.

Kolonie trzęsidła często ujawniają swoją obecność po burzy i wydzielają charakterystyczny zapach geosminy. Nos ludzki jest na ten zapach bardzo wrażliwy, a mózg kojarzy go z deszczem i piorunami. Dlatego co najmniej od średniowiecza przypisywano trzęsidłu pochodzenie pozaziemskie. Wierzono, że spada ono z nieba, a nawet utożsamiano je z meteorami, czyli „spadającymi gwiazdami”. Do tej teorii przychylił się 500 lat temu szwajcarski uczony Aureolus Philippus Theophrastus Bombastus von Hohenheim (znany jako doktor Paracelsus). Paracelsus być może pół żartem, ale na pewno pół serio opisał niebiańską galaretę jako „wydzielinę wydmuchaną z nozdrzy jakiejś zakatarzonej planety”, w czym jest więcej sensu, niż można by sądzić, bo to, co wydmuchujemy z nosa, również składa się w znacznej mierze z polisacharydów. Nazwał tę substancję Nostoch, zapewne nawiązując do niemieckiego słowa Nasenloch, a może także do średnio-dolno-niemieckiego noster ‘dziurka w nosie’. Dzięki autorytetowi Paracelsusa na trzęsidło – jako wytwór gwiezdnego ognia i łącznik między mikrokosmosem a makrokosmosem – zwrócili uwagę alchemicy. Odegrało ono zatem istotną rolę w eksperymentach nad wytworzeniem kamienia filozoficznego.

Porost Peltigera rufescens, którego fotosyntetyzującym partnerem, hodowanym wewnątrz plechy, jest Nostoc.

Cyjanobakterie nie są może smarkami ciał niebieskich, ale za to zachowały wszelkie cechy swoich przodków sprzed ponad dwóch miliardów lat. Ich skamieniałości z proterozoiku mają tak dokładne dzisiejsze odpowiedniki, że na podstawie samej morfologii można by je było zaliczyć do współczesnych rodzajów. Dlatego proponuję chwilę zadumy nad niezwykle starymi istotami, którym nasza planeta zawdzięcza atmosferę złożoną w 21% z tlenu. W popularnej świadomości istnieją głównie jako jakieś bliżej nieznane wodne świństwo, którego zakwity powodują zamykanie plaż i utrudniają wakacyjny relaks nad Bałtykiem. Trudno o bardziej niesprawiedliwy stereotyp.

Zdjęcia własne; wszelkie prawa zastrzeżone. ©2023 Piotr Gąsiorowski

Oryginalny opis trzęsidła autorstwa Linneusza (1753).

Lektura uzupełniająca

O zmianach składu atmosfery Ziemi, czyli jak cyjanobakterie zakończyły archaik i zapoczątkowały proterozoik:

https://www.science.org/doi/10.1126/sciadv.aax1420

Cyjanobakterie jako prastare wielokomórkowce:

https://www.pnas.org/doi/full/10.1073/pnas.1209927110

Pochodzenie fotosyntezy (wciąż słabo poznane, za to bardziej skomplikowane, niż ktokolwiek sobie wyobrażał):

https://royalsocietypublishing.org/doi/10.1098/rsob.180246

3 thoughts on “Gwiezdna galareta i kamień filozoficzny

  1. Czyli w powieściach SF, w których system podtrzymywania życia dla ludzi w statkach kosmicznych stanowią rośliny, pochłaniające CO2 i wydzielające O2, lepiej by się w tej roli sprawdziły sinice? 😉

    • O ile mnie pamięć nie myli, u Konrada Fiałkowskiego była chlorella.

      1
      • Chlorella okazała się niezbyt opłacalna w hodowli i w końcu zrezygnowano z jej uprawy na dużą skalę. Natomiast jadalna, łatwa w uprawie i hodowana na całym świecie jest spirulina (Arthrospira sp.), która jest właśnie cyjanobakterią. Ze spiruliną robili eksperymenty na ISS.

        2

Dodaj komentarz

Twój adres e-mail nie zostanie opublikowany. Wymagane pola są oznaczone *