Bio2Arh Bio2Arh

Inženjeri ekosistema 1: postavljanje temelja​

Definisanjem uloge koju mnogi organizmi igraju u stvaranju, modifikaciji i održavanju staništa, ekolozi su se fokusirali na povratne sprege između ovih organizama i njihovog stalno prisutnog funkcionalnog konteksta.

By Bojan Kenig

Vrste čije prisustvo i aktivnosti u najvećoj meri modifikuju svoju fizičku i hemijsku sredinu, a samim tim utiču i na druge organizme u životnoj sredini, često se nazivaju „inženjerima ekosistema“ ( Whright and Jones 2006). Definisanjem uloge koju mnogi organizmi igraju u stvaranju, modifikaciji i održavanju staništa, ekolozi su se fokusirali na povratne sprege između ovih organizama i njihovog stalno prisutnog funkcionalnog konteksta (Hastings et al 2007). Primer takve povratne sprege jeste način na koji su fotosintetički organizmi stvorili oksigenisanu atmosferu planete Zemlje, a zatim je koristili i nastavili da je koriste do danas. U isto vreme, promene koje organizmi uzrokuju u svojoj sredini mogu stvoriti evolucionu povratnu spregu oblikovanjem selektivnih pritisaka i na „inženjerske“ vrste ali i na druge vrste u okruženju, što se opet može videti na primeru spektakularne biološke raznovrsnosti organizama koji koriste kiseonik. 

Pre oko dve milijarde godina planeta Zemlja je prošla kroz najznačajniju sredinsku promenu u svojoj istoriji, promenu koja ju je transformisala iz planete slične Saturnovom mesecu Titanu, sa atmosferom bogatom metanom, u planetu sa čistim omotačem bogatim kiseonikom koji i mi udišemo. Ovakav dramatičan porast koncentracije kiseonika u atomsferi nastao je delovanjem jednog od najranijeg jednoćelijskog organizma, cijanobakterije koja je naseljavala okeane pra-Zemlje. Metabolizam ovog organizma uključivao je i kompleksan proces fotosinteze kojom se sunčeva energija fiksira u hemijski iskoristljiv oblik (ugljeni hidrati), stvarajući molekularni kiseonik kao nusproizvod. Zajednička fotosintetička aktivnost ovih mikroskopskih organizama je postepeno i nepovratno transformisala hemiju vazdušne sredine naše planete, što je dovelo do toga da se organska evolucija nakon toga odvija adaptacijama na oksigenisanu atmosferu. Kiseonik je u to vreme bio izuzetno toksičan za većinu organizama u okruženju. Oksidativni stres, u kombinaciji sa drugim sredinskim stresorima, kao što su UV zračenje i suša, usmerili su pritisak prirodne selekcije ka eukariotskim oblicima života. Eukariotska ćelija, sa svojom novom mogućnošću mnogo efikasnijeg oksidativnog metabolizma, efikasnijim mehanizmima popravke oštećenja na DNK, u kombinaciji sa nekim oblikom ćelijske fuzije, krenula je evolutivnom putanjom ka polnom razmnožavanju i formiranju višećelijskih organizama (Taylor and McElwain 2010).

“Zajednička fotosintetička aktivnost ovih mikroskopskih organizama je postepeno i nepovratno transformisala hemiju vazdušne sredine naše planete, što je dovelo do toga da se organska evolucija nakon toga odvija adaptacijama na oksigenisanu atmosferu.”

Aktivnosti fotosintetičkih organizama nastavljaju da određuju sastav zemljine atmosfere. Zahvaljujući tome što je zajednički predak dominantne evolucione grane, koja uključuje i zelene alge i vaskularne biljke, simbiontski “progutao” cijanobakterije, morski fitoplantkon kao i kasniji višećelijski organizmi u ovoj evolucionoj grani imaju sposobnost fotosintetičke fiksacije ugljenika i produkcije kiseonika. Procenjeno je da aktivnosti fotosintetičkih organizama godišnje ugrađuju u tkivo biljaka oko 120 milijardi tona ugljenika iz atmosfere (od ukupno 730 milijardi tona, koliko je ukupno prisutno ugljenika u atmoferi) (Hetherington and Woodward 2003). 

Kao što je slučaj sa drevnom cijanobakterijom i Zemljinom atmosferom, kolektivna metabolička aktivnost čak i najmanjeg organizma može suštinski oblikovati sredinske uslove unutar i van njihove funkcionalne sfere. Današnji morski mikroorganizmi predstavljaju primer ovih spoljašnjih uticaja na nekoliko načina. Jedan takav sredinski uticaj proizilazi iz nedavno otkrivene činjenice da morski fitoplankton oslobađa značajne količine metaboličkih proizvoda bogatih sumporom u morsku vodu, obezbeđujući na taj način osnovne prirodne izvore isparljivog jedinjenja dimetil sulfida. Ova hemikalija oksiduje u atmosferi i učestvuje u stvaranju gustih oblaka, koji imaju važnu ulogu u oblikovanju globalne klime. Međutim, ovakvi efekti indirektno utiču na temperaturu i svetlosne uslove na različitim dubinama unutar i iznad mora, uključujući i samu zonu morskog fitoplanktona.

“Kao što je slučaj sa drevnom cijanobakterijom i Zemljinom atmosferom, kolektivna metabolička aktivnost čak i najmanjeg organizma može suštinski oblikovati sredinske uslove unutar i van njihove funkcionalne sfere.”

Ogromna uloga različitih mikroorganizama u biogeohemijskim ciklusima je nedvosmislena. Oni su uticajem na hemijska i fizička svojstva površine naše planete postavili temelje za nastanak i opstanak svih drugih oblika života. I dan danas mikroorganizmi predstavljaju dominantan oblik života na Zemlji i odgovorni su za održavanje biosfere u celosti. 

U Antropocenu, u kojem se trenutno nalazimo, klimatske promene utiču na sav život na Zemlji, pa samim tim i na mikroorganizme. Zbog toga je potrebno ne samo da razumemo na koji način mikroorganizmi utiču na životnu sredinu, već i na koji način globalne klimatske i sredinske promene, uključujući i uticaj ljudi, utiču na mikroorganizme.