De la stele la Biosfera

O curiozitate continuă asupra proceselor vieții, evoluția și influența lor asupra mediului terestru mi-au purtat, de-a lungul anilor, pașii la peste 7 universități din România, Grecia, Spania, Anglia și Statele Unite ale Americii. Toate aceste locuri mi-au permis să-mi satisfac curiozitățile, să-mi lărgesc orizontul intelectual în afara granițelor fizice și disciplinare, și să abordez tema cunoașterii într-o manieră unică. În timpul doctoratului, am abordat tema formării ecosistemelor lacustre alpine dirijate de forțe ambientale de la scări locale la cele continentale, și cea a sensibilității lor la schimbările ambientale, inclusiv schimbările climatice din ultimele decenii. Am lucrat pe mai mult de 400 lacuri glaciare în Pirinei, iar ultima lucrare științifică din perioada respectivă tocmai a fost publicată. Imaginația mi-a fost pusă la încercare într-un proiect finanțat de Fundația Națională de Știință la Biosfera-2, în Tucson, Arizona. Biosfera 2 este acel experiment din anii ’90 folosit pentru a studia viabilitatea unui sistem ecologic închis în misiuni de lungă durată pe o altă planetă (un fel de ‘Arca lui Noe interplanetară). La Biosfera 2 am lucrat timp de șase ani. Când am ajuns în Arizona le-am expus celor de acolo un sumar al ideii după care vroiam sa lucrez fără sa știu prea multe lucruri despre ceea ce urma sa fac. Ei au spus „ok, du-ți proiectul la bun sfârsit ”. Spre deosebire de alți cercetători care folosesc bibliografia, lucrurile știute, apoi fac cercetare și adaugă ceva la ceea ce este deja cunoscut, eu plec mai întâi de la imaginație, apoi încep căutările și de multe ori sunt lucruri care se potrivesc. În prezent lucrez ca cercetător la Univesitatea Georgia Tech (Georgia Institute of Technology) în Atlanta (Georgia, SUA), pe teme de astrobiologie (cunoașterea vieții și a amprentei ei la nivel planetar), finanțate de Fundația Națională de Știință și Administrația Națională Aeronautică și Spațială. Încercăm să înțelegem procesele de formare și conservare a amprentelor biologice, folosind izotopi netradiționali, precum cei ai Li și Cr și modul în care aceștia pot explica variații ale nivelelor de O2 și CO2 din atmosferă terestra în timpul evenimentelor majore în evoluția vieții, de exemplu cucerirea uscatului de către plantele superioare. Folosind ca unic laborator de modelare, suprafața terestră, sperăm ca într-un viitor apropiat să putem replica experimental procese biogeochimice de pe planete extrasolare asemănătoare, utilizind datele furnizate de noile generații de telescoape spațiale. În acest proiect am studiat din punct de vedere experimental, interacțiunea dintre hidrosfera și geosfera terestră în absența și în prezența unui ecosistem cu diferite grade de complexitate: microbian, microbian-plante superioare (erbacee și lemnoase) și microbianplante-fungi micorizanți (mai mult de 80% din plantele terestre trăiesc in simbioză cu acești fungi). De asemenea, am fost interesat și de modul în care aceasta interacțiune modifică substratul mineral, dă naștere la biomasă în ecosisteme, la sol și sediment (sistemul terestru de menținere al vieții), inițiind astfel marile cicluri biogeochimice, și lăsând o semnătură biologică în biblioteca istorică a Pământului (depozitele sedimentare). Studiem influența biosferei asupra învelișurilor Pământului de-a lungul istoriei. Folosim Pământul ca pe un laborator, ca să înțelegem cum s-ar putea dezvolta viața pe alte planete. Astfel am inventat o instalație pe care am intitulat-o rockubator (camera de creștere) în care să pot manipula atmosfera, solul, apa la conditiile de pe Terra înainte de apariția vieții. Am vrut să văd cum intră elementele din rocă în circuitul biochimic. Roca de pe Terra este o supă înghețată care conține toate elementele necesare întreținerii vieții. Când plouă, roca se dizolvă, elementele intră în apa și în aluviuni începe să se acumuleze materie organică. Toate lucrurile astea se întâmpla în prezent. Relația dintre atmosferă, hidrosferă și geosferă funcționează și în absenta vieții. Se estimează că în galaxia noastră sunt sute de mii de planete asemănătoare cu Pământul. Am creat această instalație într-un mediu steril abiotic, folosind patru tipuri de rocă: bazalt, granit, șist și riolit. Mai întâi, am eliminat din roci suprafața expusă la atmosfera terestră, apoi le-am măcinat. S-a lucrat cu o tonă din fiecare rocă transportată din diferite zone muntoase din Arizona și New Mexico, din care numai 15-20% a avut granulația necesară pentru a fi folosită în experiment (1/4- 1/2mm). Am măcinat în total patru tone de roci și am folosit în experiment doar patru găleți, aproximativ cincizeci de kilograme. Am lucrat astfel doi ani, împreună cu o echipă de treizeci de persoane. Am introdus granulele de rocă în niște tuburi (coloane) folosind în total 288 de astfel de coloane pe care le-am băgat în camera de creștere (rockubator). Am folosit șase tipuri de tratament: un tratament abiotic pentru a observa degradarea chimică a rocii în absența vieții, un tratament microbian (microbii sunt un fel de biofilm care acoperă toată suprafața Terrei), al treilea tratament format din iarbă și bacterii, al patrulea din micolize (ciuperci care trăiesc în simbioză cu plantele, în a cincea eprubetă am introdus o specie de pin și micorize iar în a sasea eprubetă pini, microbi și micorize. În acest experiment am folosit triplicate. Fiecare triplicat e multiplicat de patru ori. Eprubetele se extrag la fiecare patru luni și sunt studiate. Aerul intra în eprubete prin filtre, la fel și apa care era sterilă și care se introducea odată la două săptămâni. Am vrut să văd dacă roca poate să întrețină un ecosistem pornind de la zero. Rezultatele au fost neaștepate. În eprubeta abiotică a început procesul de degradare chimică în primele trei luni apoi a stagnat și a ajuns la un platou. În eprubeta cu plante nu numai că acestea nu au murit, ci au crescut foarte repede, iar ca mecanism adaptativ rădăcinilie au ajuns la 80% din mărimea plantei. Cel mai surprinzător rezultat a fost că am reușit să inițiem și să întreținem replici de ecosisteme având ca sursă de nutrienți doar mineralele din rocă, apa fiind lipsită de orice supliment nutritiv (pură din punct de vedere chimic). Practic, am dezvoltat viața pe nisip steril și apă, și am urmărit contribuția ei la inițierea ciclurilor elementelor. Într-o balanță de transfer de masă, s-a urmarit traseul a peste 50 de elemente chimice (C, N, elemente majoritare ca Na, K, oligoelemente ca Fe, Cu și elemente rare – La, Eu) din mediul abiotic mineral, în cel acvatic, apoi cel biologic și în sedimentele ce ar urma să formeze solul. Acest mod de abordare a adus rezultate importante, în principal s-a demonstrat și cuantificat rolul semnificativ al diverselor componente ale biosferei asupra transferului de elemente între diferitele componente terrestre. Practic, transferul de elemente se accelerează de zeci de ori sub influența vietii, față de absența ei, iar suprafata terestră fără biosferă ar fi arătat total diferit. Apoi s-a demonstrat formarea de amprente biologice în grupe de elemente despre care nu s-a știut mai nimic, de exemplu seria lantanidelor (elemente rare ca La, Ce, Eu si Tm), dar care ar putea fi foarte importante, datorită stabilității lor, în prezervarea potentialelor amprente biologice pe alte planete, precum Marte. Apoi, noutăți au venit și din partea vegetației, care a dezvoltat arhitectura rădăcinilor în funcție de rocile pe care au fost crescute, aceeasi specie de plantă având morfotipuri diferite pe substraturi diferite. Acestea pot avea implicatii directe asupra intelegerii evolutiei speciilor, și a ecosistemelor, în general, atunci când acestea colonizează substrate diferite. În momentul de față lucrez la o carte pe care îmi place să o intitulez From Stars to Biosphere. Folosesc noile concepte științifice, și cele personale, pentru a urmări călătoria elementelor chimice din momentul în care sunt formate în creuzetele stelare, până ajung să formeze ecosisteme care își formează la rândul lor propriile sisteme de suport ale vieții și dirijează propriile cicluri bio-geochimice pe această planetă. De asemenea abordez posibilitatea existenței lor pe planete extra-solare asemănătoare. Cineva spunea : Dacă s-ar arde toate cărțile de știință pe care omenirea le-a scris, generațiile următoare le-ar putea rescrie’, pentru că proceselele fundamentale în natură nu sunt opinii care se schimbă, și nu dispar cu timpul.

Comentarii

Leave a Reply