खोल खडकाळ दरीत 119 गुहा, सुमारे 5 कोटी वर्षांची रहस्यमय जागा; इथला एक सूक्ष्म जीव ठरतोय नव्या शोधाची सुरुवात

एका अंधाऱ्या गुहेत सूक्ष्म जीवांचा शोध लागला आहे, जे प्रकाशाशिवायही अन्न तयार करू शकतात. या शोधामुळे अंतराळात जीवन कुठं असू शकतं हे शोधणं आता सोपं होऊ शकतं.

गुहेतील जीवशास्त्रज्ञ हेझल बार्टन जेव्हा अतिशय अंधार असलेल्या गुहेत गेल्या, तेव्हा तिथे प्रकाशापासून ऊर्जा घेणारे सूक्ष्म जीव सापडतील, असं त्यांना मुळीच वाटलं नव्हतं.

पण या शोधातून त्यांना कळलं की, काही जीव प्रकाश नसतानाही ऊर्जा मिळवू शकतात. या नव्या माहितीमुळे स्पष्ट झालं की, विश्वात आपण कल्पना न केलेल्या ठिकाणी इतरत्रही जीवन अस्तित्वात असू शकतं.

युनिव्हर्सिटी ऑफ अलबामातील भूगर्भशास्त्राच्या प्राध्यापिका बार्टन म्हणतात, "ती भिंत तेजस्वी हिरव्या रंगाची होती. इतका चमकदार हिरवा रंग मी कधीही पाहिला नव्हता. तरीही ते सूक्ष्म जीव पूर्ण अंधारात जगत होते."

दक्षिण न्यू मेक्सिकोमधील चिहुआहुआन वाळवंटातील खोल खडकाळ दऱ्यांच्या खाली 119 गुहांचं जाळं आहे. या गुहा कार्ल्सबॅड केव्हर्न्स नॅशनल पार्कचा भाग आहेत. सुमारे 4 ते 11 दशलक्ष वर्षांपूर्वी, सल्फ्युरिक ॲसिडमुळे चुनखडीचे खडक विरघळले आणि या गुहा तयार झाल्या.

या उद्यानाचं (पार्क) मुख्य आकर्षण म्हणजे कार्ल्सबॅड केव्हर्न ही गुहा. इथल्या 'बिग रूम' नावाच्या प्रचंड भूमिगत दालनाच्या छतावर चमकदार खडकांचे (स्टॅलेक्टाइट्स) लोंबणारे (सुळ्यासारखे) आकार दिसतात.

हे दालन सुमारे 4 हजार फूट लांब (1220 मीटर) आणि 625 फूट रुंद (191 मीटर) आहे.

'परग्रहावरील जीवनाचा शोध घेऊ शकतो'

अप्सला विद्यापीठातील सूक्ष्मजीवशास्त्रज्ञ लार्स बेहरेंड म्हणतात, "कार्ल्सबॅड केव्हर्नमध्ये जाणं खूप सोपं आहे. ही मोठी चुनखडीची गुहा असून पर्यटकांसाठी पायऱ्या आणि जिने आहेत, त्यामुळे प्रत्येकजण आत जाऊ शकतात."

ते पुढे सांगतात की, गुहेतील काही भाग अगदी व्हीलचेअरवरूनही पाहता येतो.

दरवर्षी जवळपास 3 लाख 50 हजार लोक कार्ल्सबॅड केव्हर्नला भेट देतात. पण त्यापैकी बहुतेक लोकांना हे माहीतच नसतं की, गेल्या दशकातील एक अतिशय गूढ आणि महत्त्वाचा वैज्ञानिक शोध याच गुहेत लागला आहे.

पूर्ण अंधार वाटणाऱ्या ठिकाणीही काही सूक्ष्म जीव ऊर्जेसाठी प्रकाश वापरत होते. हा प्रकाश आपल्या आकाशगंगेत सर्वाधिक आढळणाऱ्या लाल बटू (लहान) ताऱ्यांमधून येणाऱ्या प्रकाशासारखाच आहे.

बार्टन म्हणतात की, या शोधामुळे आता परग्रहावरील जीवनाचा शोध आपण पूर्वीपेक्षा जास्त ठिकाणी घेऊ शकतो.

2018 मध्ये, बेहरेंड यांची पीएच.डी नुकतंच पूर्ण झाली होती. त्यांना एक शैक्षणिक पुरस्कारही मिळाला होता, ज्यात थोडी आर्थिक मदतही होती. त्यांनी हेझल बार्टन यांच्याशी संपर्क साधला आणि मोहिमेवर येण्यासाठी विचारणा केली होती. सुदैवाने बार्टन यांनी बेहरेंड यांना होकार दिला.

बार्टन सांगतात, "कार्ल्सबॅड गुहेत शिरल्यावर आधी पर्यटकांसाठी असलेल्या मार्गाने खाली उतरावं लागतं, मग एक वळण घ्यायचं. मी तो मार्ग कदाचित 40 वेळा केला असेल. त्या वळणावरून पुढे गेल्यावर मागे एक छोटी जागा दिसते, आणि ती जागा पूर्णपणे काळोखात असते."

मागील 20 वर्षांहून अधिक काळापासून बार्टन या जमिनीखाली म्हणजे भूगर्भात खोल भागात आढळणाऱ्या सूक्ष्म जीवांचा अभ्यास करत आहेत. तरीही पुढे जे घडलं, ते त्यांच्यासाठीही पूर्णपणे अनपेक्षित असं होतं.

बेहरेंड यांनी त्या भिंतीवर टॉर्च मारला. ती जागा पूर्ण अंधारात जरी असली, तरी प्रकाश पडताच भिंतीवर हिरव्या रंगाचे सूक्ष्म जीव पसरलेले दिसले.

नंतरच्या तपासणीत कळलं की, हे सायनोबॅक्टेरिया आहेत. हे एकपेशीय सूक्ष्म जीव असून जिवाणूंशी (बॅक्टेरिया) संबंधित असतात. इतर अनेक जिवाणूंप्रमाणे नसून, सायनोबॅक्टेरिया (याला निळा-हिरवा शैवाल देखील म्हणतात) सूर्यप्रकाशाचा वापर करून स्वतःच अन्न तयार करतात.

बार्टन म्हणतात, "आम्ही गुहेत अधिक खोलवर जात होतो. एका टप्प्यावर टॉर्चशिवाय काहीच दिसत नव्हतं. डोळ्यांसमोरचा हात दिसावा यासाठीही डोक्यावरचा दिवा (हेडलाइट) लावावा लागत होता. तरीसुद्धा भिंतीवर हिरव्या रंगाचे डाग (रंगद्रव्य) स्पष्ट दिसत होते."

वनस्पती हिरव्या दिसतात कारण त्यांच्यात क्लोरोफिल नावाचं रसायन असतं, जे प्रकाशाची ऊर्जा शोषून घेतं. या ऊर्जेचा वापर करून प्रकाशसंश्‍लेषणात कार्बन डायऑक्साइड आणि पाणी यापासून अन्न (ग्लुकोज) आणि ऑक्सिजन तयार केला जातो.

सायनोबॅक्टेरियामध्येही ही प्रक्रिया जवळपास अशीच असते. पण इथे गुहेत एक वेगळंच गूढ होतं, तिथे सूर्यप्रकाशच नव्हता.

'मग नेमकं घडत काय होतं?'

नंतर कळलं की, गुहेतील सायनोबॅक्टेरियामध्ये क्लोरोफिलचा एक खास प्रकार आहे. हा प्रकार निअर-इन्फ्रारेड (700 ते 2500 नॅनोमीटर तरंगलांबी असलेली इलेक्ट्रोमॅग्नेटिक रेडिएशनची एक अदृश्य स्वरूपातील लहरी) प्रकाश पकडू शकतो.

हा प्रकाश आपल्याला दिसणाऱ्या प्रकाशापेक्षा वेगळा आणि जास्त लांबीचा असतो. तो इन्फ्रारेडच्या अगदी आधीचा असतो आणि मानवी डोळ्यांना दिसतच नाही.

साधारणपणे वनस्पती आणि सायनोबॅक्टेरिया क्लोरोफिल 'a' वापरून प्रकाशसंश्‍लेषण करतात. पण कार्ल्सबॅड गुहेतील सायनोबॅक्टेरिया क्लोरोफिल 'd' आणि 'f' वापरतात. हे खास प्रकार निअर-इन्फ्रारेड प्रकाशातूनही ऊर्जा तयार करू शकतात.

दिसणारा म्हणजेच दृश्यमान प्रकाश गुहेत फक्त काहीशे फूटांपर्यंतच जाऊ शकतो. पण निअर-इन्फ्रारेड प्रकाश मात्र जास्त आतपर्यंत पोहोचतो, कारण चुनखडीचे खडक प्रकाश परावर्तित करतात. त्यामुळे हा प्रकाश गुहेत दूरपर्यंत पसरतो.

बार्टन म्हणतात, "गुहा ज्या चुनखडीच्या खडकांपासून बनलेली आहे, तो दिसणारा जवळजवळ सगळा प्रकाश शोषून घेते. पण निअर-इन्फ्रारेड प्रकाशासाठी गुहा जणू आरशांनी भरलेली जागाच असते."

संशोधकांनी गुहेच्या सर्वात आतील, जिथे प्रचंड अंधार होता त्या भागात प्रकाश मोजला. तेव्हा त्यांना दिसून आलं की, निअर-इन्फ्रारेड प्रकाशाचं प्रमाण गुहेच्या प्रवेशद्वारापेक्षा तब्बल 695 पट जास्त होतं.

तसंच, क्लोरोफिल 'd' आणि 'f' असलेलं सायनोबॅक्टेरिया गुहेच्या सर्व भागांत आढळलं, पण ते सर्वात जास्त खोल आणि सर्वात अंधाऱ्या ठिकाणीच जास्त प्रमाणात होते.

संशोधकांनी कार्ल्सबॅड केव्हर्न्स नॅशनल पार्कमधील इतर गुहांमध्येही जाऊन पाहणी केली. पर्यटक सहसा न जाणाऱ्या गुहा (ऑफ-द-ट्रॅक लेणी) आणि दऱ्यांतही त्यांनी चाचण्या केल्या.

प्रत्येक ठिकाणी त्यांना जमिनीखाली खोल भागात प्रकाशसंश्‍लेषण करणारे सूक्ष्म जीव आढळून आले.

बेहरेंड म्हणाले, "आम्ही हे दाखवून दिलं की, हे सूक्ष्म जीव फक्त तिथे राहत नाहीत, तर पूर्णपणे बंद आणि सुरक्षित वातावरणातही प्रकाशसंश्‍लेषण करतात. कदाचित या ठिकाणी 49 दशलक्ष वर्षांपासून कुणीही पोहोचलेलं नसावं."

'...आणि अनेक दशकांचं संशोधन सुरू झालं'

बार्टन आणि बेहरेंडच नव्हे, तर इतर शास्त्रज्ञांनाही अंधारात जगू शकणारे सूक्ष्म जीव आढळले आहेत.

1890 साली, आघाडीचे युक्रेनियन-रशियन सूक्ष्मजीवशास्त्रज्ञ सर्गेई निकोलााविच विनोग्राडस्की यांनी एक महत्त्वाचा शोध लावला. त्यांना आढळून आलं की, काही सूक्ष्म जीव सेंद्रिय अन्नावर नाही, तर अजैविक पदार्थांवरच जगू शकतात. या प्रक्रियेला केमोसिंथेसिस असं म्हणतात.

हे सूक्ष्म जीव रासायनिक प्रक्रियांमधून ऊर्जा मिळवतात. ते आजूबाजूच्या खडकांमधून आणि पाण्यातून मिथेन किंवा हायड्रोजन सल्फाइडसारखी रसायनं घेतात आणि त्यावर जगतात.

1996 साली, त्या वेळी नासाच्या पोस्टडॉक्टरल कार्यक्रमाचे विद्यार्थी असलेले हिडेकी मियाशिता यांनी समुद्रात आढळणारा एकरिओक्लोरिस मरिना नावाच्या एक सायनोबॅक्टेरियाचा शोध लावला. हा सूक्ष्म जीव दृश्यमान प्रकाश आणि निअर-इन्फ्रारेड प्रकाश, दोन्ही वापरून अन्न तयार करू शकतो.

या शोधामुळे प्रकाशसंश्‍लेषणासाठी नेमका कोणता प्रकाश लागतो यावर पुढील अनेक दशकांचं संशोधन सुरू झालं.

त्यानंतर 2018 मध्ये, इम्पीरियल कॉलेज लंडनमधील शास्त्रज्ञांनी एक नवा शोध लावला. त्यांना यलोस्टोन नॅशनल पार्कमधील सावलीच्या ठिकाणी असलेल्या जिवाणूंच्या थरांमध्ये प्रकाशसंश्‍लेषण करणारे सायनोबॅक्टेरिया आढळले.

तसेच ऑस्ट्रेलियातील काही समुद्रकिनाऱ्यावरील खडकांच्या आतही असेच सूक्ष्म जीव सापडले.

संशोधकांनी तर इन्फ्रारेड दिवे (एलइडी) लावलेल्या अंधाऱ्या कपाटातही प्रकाशसंश्‍लेषण करणारे सूक्ष्म जीव वाढवून दाखवले. सुरुवातीला हे सायनोबॅक्टेरिया दिसणाऱ्या प्रकाशासाठी क्लोरोफिल 'a' वापरत होते. पण प्रकाश कमी झाल्यावर त्यांनी निअर-इन्फ्रारेड प्रकाशासाठी क्लोरोफिल 'f' वापरायला सुरुवात केली.

हा प्रकाश मानवी डोळ्यांना दिसत नाही, तरीही या जीवांसाठी तो उपयोगी ठरतो.

या शोधामुळे इतर ग्रहांवरील जीवन कसं असू शकतं याबाबत नवीन माहिती मिळते. दूरच्या सौरमालेतील एखादा वस्तीयोग्य ग्रह (एक्सोप्लॅनेट) शोधताना, तो कोणत्या ताऱ्याभोवती फिरतो हे लक्षात घेणं महत्त्वाचं ठरतं.

खगोलशास्त्रज्ञ तारे, ते देणाऱ्या प्रकाशाच्या रंगानुसार गटात विभागतात. त्यामुळे ताऱ्यांचे सात प्रकार केले गेले आहेत (O, B, A, F, G, K आणि M). हे प्रकार सर्वात गरम ताऱ्यांपासून थंड ताऱ्यांपर्यंत अशा क्रमाने मांडलेले आहेत.

यात O आणि B प्रकारचे तारे सर्वात गरम, आकाराने मोठे आणि खूप तेजस्वी असतात. हे तारे निळसर-पांढऱ्या रंगाचे दिसतात.

"या ताऱ्यांतून अतिनील (यूव्ही) किरणं खूप प्रमाणात निघतात, त्यामुळे ते जीवनासाठी घातक ठरतात," असं बार्टन म्हणतात.

G प्रकारचे तारे, ज्यात आपला सूर्यही येतो, पिवळ्या रंगाचे असतात आणि दृश्यमान प्रकाशही भरपूर देतात. सिद्धांतानुसार, अशा ताऱ्यांच्या आसपास राहण्यासाठी म्हणजेच जीवनासाठी योग्य ग्रह असू शकतात. परंतु, विश्वात असलेल्या अंदाजे अब्ज-खर्व (बिलियन-ट्रिलियन) ताऱ्यांपैकी फक्त 8 टक्के तारेच G प्रकारचे आहेत.

आपल्या आकाशगंगेत सर्वात जास्त आढळणारे तारे म्हणजे लाल बटू तारे (M प्रकारचे तारे). आजपर्यंत सापडलेले बहुतेक खडकाळ एक्सोप्लॅनेट हे याच प्रकारच्या ताऱ्यांच्या भोवती फिरताना आढळून आले आहेत.

'एक्सोप्लॅनेट शोधताना लाल लहान तारे ठरले उपयोगी'

लाल तारे आकाराने लहान असल्यामुळे, त्यांच्या भोवतीचे ग्रह खूप जवळून फिरतात. त्यामुळे असे ग्रह शोधायला सोपे पडतात. तसंच, M प्रकारचे तारे खूप मोठ्या संख्येने आहेत, म्हणून शास्त्रज्ञांना एक्सोप्लॅनेट शोधताना हे तारे जास्त उपयोगी ठरले आहेत.

पण सध्या असं मानलं जातं की, लाल बटू ताऱ्यांचे राहण्यायोग्य भाग (हॅबिटेबल झोन) खूपच अरुंद असतो. म्हणजे ताऱ्याच्या अगदी जवळचा भाग, जिथे ना खूप उष्णता असते, ना खूप थंडी, आणि ग्रहाच्या पृष्ठभागावर द्रव पाणी राहू शकतं. अशी योग्य परिस्थिती फारच कमी भागात मिळते.

पृथ्वीवर जीवनासाठी द्रव पाणी खूप महत्त्वाचं असल्यामुळे, शास्त्रज्ञ ताऱ्याच्या ज्या भागात पाणी द्रव स्वरूपात राहू शकतं त्या भागाकडे लक्ष देतात. या भागाला 'गोल्डीलॉक्स झोन' असं म्हणतात. परग्रहावरील जीवन शोधताना आतापर्यंत अशा डझनभर ग्रहांची नोंद शास्त्रज्ञांनी केली आहे.

पण या सर्व ग्रहांवर जीवन राहू शकतंच असं नाही, आणि जेम्स वेब स्पेस टेलिस्कोप (जेडब्ल्यूएसटी) सारख्या दुर्बिणी वापरून शोध घेणं खूप वेळखाऊ आणि महाग असतं.

'प्रकाशसंश्लेषणावरच जीवन अस्तित्व अवलंबून'

आणखी एक महत्त्वाची गोष्ट म्हणजे तेथे प्रकाशसंश्‍लेषण होऊ शकतं का, यावरच जीवन अस्तित्वात राहू शकतं की नाही हे अवलंबून असतं.

पृथ्वीवर, प्रकाशसंश्‍लेषण हे बहुतेक अन्नसाखळ्यांचे आधारस्तंभ आहे आणि तेच आपल्याला श्वास घेण्यासाठी आवश्यक ऑक्सिजन देतात. म्हणून, केवळ अशाच ग्रहांपर्यंत शोध घेणं योग्य ठरेल, जिथे प्रकाशसंश्‍लेषण होऊ शकतं. यामुळे ताऱ्याभोवती जीवन राहण्यायोग्य भाग खूपच कमी होऊ शकते.

पूर्वी, अंतराळजीवशास्त्रज्ञांनी प्रकाशसंश्‍लेषणासाठी मर्यादा 700 एनएम (नॅनोमीटर) लांबीच्या प्रकाशावर ठरवली होती, जो लाल रंगाच्या प्रकाशाशी जुळतो. या लांबीपेक्षा जास्त प्रकाशावर क्लोरोफिल 'a' वापरून अन्न तयार करण्याची क्षमता कमी होते.

परंतु, कार्ल्सबॅड गुहेमधील सायनोबॅक्टेरिया क्लोरोफिल 'f' वापरून 780 एनएम लांबीच्या प्रकाशापर्यंतही ऊर्जा मिळवू शकतात.

बार्टन म्हणतात, "आपल्या आकाशगंगेत बहुतेक तारे M आणि K प्रकारचे आहेत. म्हणजे, जास्तीत जास्त तारे निअर-इन्फ्रारेड प्रकाश सोडत आहेत, पण आपल्याला अजूनही माहिती नाही की, अशा प्रकाशात प्रकाशसंश्‍लेषण आणि जीवन कसं टिकू शकेल."

'...तर ग्रहांचा शोध अधिक नेमका केला जाऊ शकतो'

बार्टन यांना हे बदलायचं आहे. बेहरेंड यांच्यासोबत मिळून त्यांनी नासाला एक प्रस्ताव सादर केला आहे, ज्यात प्रकाशसंश्‍लेषण करणारं जीवन कुठंपर्यंत टिकू शकतं हे शोधण्याचा उद्देश आहे.

या कामात सर्वात अंधाऱ्या गुहेत खोलवर जाऊन तपास करायचा आहे की, सायनोबॅक्टेरियासाठी किती प्रकाश आवश्यक आहे. ही माहिती वापरून जीवन असू शकणाऱ्या ग्रहांचा शोध अधिक नेमका केला जाऊ शकतो.

उदाहरणार्थ, जेडब्ल्यूएसटी वापरून शास्त्रज्ञ पाहू शकतात की, एक्सोप्लॅनेट्सना किती आणि कसा प्रकाश मिळतो.

"आमच्या कामाचा उद्देश असा आहे की, अन्न तयार करण्यासाठी (प्रकाशसंश्‍लेषणासाठी) किती लांबीचा आणि किती कमी प्रकाश पुरेसा आहे हे शोधायचं," असं बार्टन यांनी सांगितलं.

बार्टन म्हणतात, "यानंतर आपण जेडब्ल्यूएसटी वापरून पाहू शकणाऱ्या 100 अब्ज ताऱ्यांपैकी, जिथे जीवन असण्याची शक्यता आहे, अशा केवळ 50 ताऱ्यांवरच लक्ष केंद्रित करू शकतो."

म्हणजे, हा शोध शास्त्रज्ञांना अधिक प्रकारच्या ग्रहांवर जीवन असू शकते असा विचार करायला लावेल. यानंतर फक्त जेडब्ल्यूएसटी त्या ताऱ्याकडे पाहेल आणि ते अगदी समोरून जाणारे ग्रह शोधेल.

जेव्हा ताऱ्याचा प्रकाश ग्रहाच्या वातावरणातून जातो, तेव्हा काही विशिष्ट प्रकारच्या प्रकाशाच्या लहरी शोषल्या जातात, हे त्या वातावरणातील घटक ठरवतात. खगोलशास्त्रज्ञ ऑक्सिजनसारख्या घटकांची उपस्थिती शोधण्यासाठी हे पाहतात की, कुठल्या लहरी गायब झाल्या आहेत. हे अंतराळातील ग्रहावर जीवन असण्याची शक्यता दर्शवू शकतात.

"जीवन नसेल तर, वायुमंडळात ऑक्सिजन तयार होण्याचे खूप कमी मार्ग आहेत. म्हणजे, जर तुम्हाला कोणत्यातरी एक्सोप्लॅनेटच्या वायुमंडळात ऑक्सिजन सापडलं, तर तो जीवन अस्तित्वात असण्याचा खूपच मजबूत संकेत आहे," असं बार्टन म्हणाल्या.

(बीबीसीसाठी कलेक्टिव्ह न्यूजरूमचे प्रकाशन.)