Pango linalobadili mtazamo wa dunia kutokana na siri za miaka milioni 49

Wakati mwanabiolojia wa mapango Hazel Barton aliingia pangoni na kufika eneo lililokuwa na giza, kitu cha mwisho alichotarajia ni kupata viumbe vinavyopata nguvu zao kutoka kwa mwangaza

Alipata uelewa mpya wa usanisinuru au photosynthesis unaoweza kufanyika gizani na inamaanisha kuwa maisha yanaweza kuwepo katika sehemu za ulimwengu ambazo hatukuwahi hata kufikiria.

“Ukuta ulikuwa wa kijani kibichi kabisa kuliko kijani ulichowahi kuona, na bado vijidudu hao walikuwa wanaishi katika giza totoro,” anasema Hazel Barton, profesa wa sayansi za jiolojia katika Chuo Kikuu cha Alabama.

Chini ya mabonde ya miamba mirefu ya Jangwa la Chihuahuan kusini mwa New Mexico kuna mapango 119.

Mapango hayo ni sehemu ya Carlsbad Caverns National Park, na yaliundwa kati ya miaka milioni nne hadi kumi na moja iliyopita kutokana na kuyeyuka kwa mawe ya chokaa kwa asidi ya salfa.

Kivutio kikuu cha hifadhi hiyo ni pango la Carlsbad Cavern, ambapo miundo ya kuvutia ya madini inayong’aa hutundika kutoka kwenye dari ya “Great Chamber,” ukumbi mkubwa wa chini ya ardhi wenye urefu wa takriban mita 1,220 na upana wa mita 191.

“Carlsbad Cavern ni rahisi kufikika,” anasema Lars Brent, mwanabiolojia wa vijidudu katika Uppsala University nchini Uswidi. “Ni pango kubwa sana la mawe ya chokaa ambalo watalii wanaweza kuingia kwa kutumia ngazi na madaraja.”

Takriban watu 350,000 hutembelea hifadhi ya Carlsbad Caverns National Park kila mwaka, lakini wengi wao hawajui kabisa kwamba pango hilo ni eneo la mojawapo ya uvumbuzi wa kisayansi ambao umezua maswali mengi katika muongo mmoja uliopita.

Mnamo mwaka 2018, Lars Brent alikuwa amemaliza tu shahada yake ya uzamivu na alikuwa amepokea tuzo ya kisayansi iliyojumuisha zawadi ya fedha. Aliwasiliana na Hazel Barton na kumwomba aandamane naye katika safari ya utafiti .Kwa bahati nzuri, Hazel Barton alikubali.

Hazel Barton amekuwa akichunguza maisha ya viumbe vidogo sana chini chini ya ardhi ya dunia kwa zaidi ya miaka ishirini, lakini alichokigundua baadaye kilimshangaza hata yeye mwenyewe.

Lars Brent alimulika tochi kwenye ukuta. Ingawa eneo hilo lilikuwa na giza totoro, mwanga ulifichua tabaka la vijidudu vya kijani kwenye ukuta. Uchunguzi uliofuata ulibaini kuwa vilikuwa cyanobacteria,viumbe wenye seli moja wanaohusiana na bakteria. Tofauti na bakteria wengi, cyanobacteria hutumia mwanga wa jua kutengeneza chakula.

“Tulianza kwenda ndani zaidi ya pango,” anasema Hazel Barton. “Hatimaye tulifika sehemu ambayo hatukuweza kuona chochote bila mwanga. Tulilazimika kutumia taa ya kichwani ili kuona, tuliweza kuona rangi ya kijani kwenye ukuta.”

Mimea huwa ya kijani kwa sababu ina chlorophyll, ambayo hufyonza nishati ya mwanga. Katika mchakato wa usanisinuru au photosynthesis, nishati hii hubadilisha hewa ya carbondioxide kuwa oksijeni. Mchakato huu unatumika pia na cyanobacteria. Lakini ndani ya pango hili, hakukuwa na mwanga wa jua.

Nini kilikuwa kinaendelea?

Cyanobacteria waliokuwa ndani ya pango hilo walikuwa na aina maalum ya chlorophyll inayoweza kufyonza mwanga wa karibu (near-infrared). Mwanga huu una urefu wa mawimbi kuliko mwanga unaoonekana na uko karibu na sehemu ya wigo la sumakuumeme ambalo huwezi kuona na jicho la binadamu.

Cyanobacteria waliopo katika hifadhi ya Carlsbad Caverns National Park hutumia aina za chlorophyll zinazoitwa chlorophyll d na f, ambazo zinaweza kuzalisha nishati kutoka kwa mwanga wa karibu (near-infrared).

Ingawa mwanga huo hupenya takriban mita 30 tu ndani ya pango, mwanga wa karibu na ‘infrared’ hupenya mbali zaidi kutokana na uwezo wa jiwe la chokaa kuakisi mwanga.

“Jiwe la chokaa ambalo pango hili limetengenezwa nalo hufyonza karibu mwanga wote unaoonekana, lakini kwa mwanga wa karibu na ‘infrared’, mapango haya ni kama ukumbi wa vioo,” anasema Hazel Barton.

Kwa kweli, watafiti walipopima kiwango cha mwanga katika sehemu ya mwisho ya pango ambapo kulikuwa na giza zaidi waligundua kuwa kiwango cha mwanga wa karibu na ‘infrared’ kilikuwa mara 695 zaidi kuliko ilivyo kwenye lango la pango. Wakati huo huo, cyanobacteria wenye chlorophyll d na f walipatikana katika sehemu zote za pango, lakini walikuwa wengi zaidi katika sehemu za ndani kabisa na zenye giza zaidi.

Watafiti pia walitembelea mapango mengine ndani ya hifadhi ya Carlsbad Caverns National Park na kuchunguza mapango ya vina virefu, ambapo pia waligundua vijidudu vyenye uwezo wa kufanya usanisinuru chini ya ardhi.

“Si tu wanaishi huko, bali pia wanafanya usanisinuru katika mazingira yaliyohifadhiwa kikamilifu, ambayo huenda hayajaguswa na mtu kwa takriban miaka milioni 49,” anasema Lars Brent.

Hazel Barton na Lars Brent si wanasayansi pekee waliogundua vijidudu vinavyoweza kuishi kwenye giza.

Mwaka wa 1890, Sergei Nikolaevich Vinogradsky, mwanabiolojia wa vijidudu, aligundua kwamba baadhi ya vijidudu vinaweza kujilisha kwa kutumia vitu visivyo hai kupitia mchakato unaoitwa chemosynthesis. Vijidudu hivi hupata nishati yao kutokana na miitikio ya kemikali, vikifyonza vitu kama methane au hidrojeni salfaidi kutoka kwenye miamba na maji inayovizunguka.

Mwaka wa 1996, Hideaki Miyashita, aliyekuwa mtafiti wa baada ya kuwa mwanazuoni wa NASA, aligundua bakteria wa baharini aina ya Acaryochloris marina ambao waliweza kufanya usanisinuru kwa kutumia mwanga unaoonekana pamoja na mwanga wa karibu na ‘infrared’. Ugunduzi huu ulianzisha utafiti wa miongo mingi kuhusu urefu wa mawimbi unaohitajika kwa usanisinuru kufanyika.

Kisha mwaka wa 2018, wanasayansi kutoka Imperial College London walipata cyanobacteria wanaofanya usanisinuru katika mazingira yenye mwanga hafifu katika hifadhi ya Yellowstone National Park, na pia ndani ya miamba ya pwani nchini Australia. Hata waliweza kukuza vijidudu hivyo ndani ya kabati lenye giza lililowekwa taa za infrared LED.

Katika kila kisa, cyanobacteria walitumia chlorophyll kufanya usanisinuru kutumia mwanga unaoonekana, kisha wakabadilika kutumia chlorophyll f ili kutumia mwanga wa infrared, ambao hauonekani kwa macho ya binadamu.

Matokeo haya yana athari kubwa kwa jinsi maisha yanaweza kuwa kwenye sayari nyingine.

Hapo awali, wataalamu wa maisha ya nje ya dunia walifikiri kwamba urefu wa juu wa mawimbi unaofaa kwa photosynthesis ulikuwa nanomita 700 kwenye wigo wa mwanga. Katika hali hii ufanisi wa chlorophyll hupungua. Lakini cyanobacteria waliogunduliwa katika mapango ya Carlsbad wanaweza kufyonza mwanga hadi nanomita 780 kupitia chlorophyll f.

Hazel Barton na Lars Burnett wamewasilisha pendekezo kwa NASA ili kubaini kiwango ambacho viumbe wanaotumia photosynthesis wanaweza kuishi. Hii itahusisha kwenda kwenye sehemu za ndani kabisa za mapango yenye giza zaidi ili kupima kwa usahihi kiasi cha mwanga ambacho cyanobacteria wanahitaji ili kuishi.

Utafiti wao unaweza kutumika kupunguza wigo wa utafutaji wa dunia zinazoweza kuhimili maisha. Kwa mfano, kwa kutumia James Webb Space Telescope, wanasayansi wanaweza kupima kiasi na aina ya mwanga unaofika kwenye sayari zilizo nje ya mfumo wa jua (exoplanets).

“Tunachotaka kufanya ni kubaini ni urefu gani wa mawimbi na kiwango gani kidogo cha mwanga kinaweza kuendesha mchakato wa usanisinuru,” anasema Hazel Barton.

Utafiti huu unaweza kupanua mtazamo wa watafiti wa maisha ya nje ya dunia kuhusu aina ya dunia ambazo zinaweza kuhimili uhai.