בהכנסנו אל החדר שבו גדלים היצורים הזעירים והקשוחים הללו, נטרקת מאחורינו דלת איתנה עשויה מתכת. דלת זו, וכן קירות הבלוקים ורצפת הבטון במקום, משווים לחדר מראה של בונקר. מיכל ההדגרה החדש, בעל קיבולת של 450 ליטר, בוהק בצבעו הכחול ונראה חזק כמו צוללת. איש אינו עובד בקרבת המיכל. צרור חוטים מוביל ממנו אל חדר אטום שבסמוך - חדר הבקרה הממוחשב. הקיר שממול לחדר הבקרה תוכנן כך, שבמקרה של פיצוץ ייהדף כלפי חוץ.
עיקר עיסוקו של אדאמס באורגניזמים המפרקים תרכובות כימיות ומשחררים מימן - גז נפיץ ביותר. מרביתם ניזונים מגפרית ומשחררים מימן גפריתי, המעניק לסביבתם ריח של ביצים סרוחות.
אהבתם לחום, לעומת זאת, היא עניין מהותי ביותר. היצורים של אדאמס נהנים להתבשל ברותחין. זה ההבדל בינם לבין כל צורות החיים האחרות. בטמפרטורה של 100 מעלות מתפרקות המולקולות שאנו וכל יתר היצורים החיים עשויים מהן. תוך שניות מתפרק הדנ"א והחלבונים קורסים. אנו סומכים על יעילותם הרצחנית של המים הרותחים בטיהור מזוננו ובעיקור מכשירים רפואיים. אבל אדאמס יכול להרתיח את יצוריו לעד. הם משגשגים בחום. למעשה, זנים רבים מוצאים שטבילה ב-100 מעלות פושרת מדי עבורם. אמבטיה קצת יותר חמה, נאמר 105 מעלות בסיר לחץ, תעסה להם את המולקולות, תמריץ להם את החלבונים ותעודד אותם להתרבות בקצב מהיר יותר.
יצורים קדומים
אדאמס, ביוכימאי באוניברסיטת ג'ורג'יה, שואף לגלות את סוד חייהם הבלתי אפשריים של יצורים אלה. "אלה הם אורגניזמים חדשים לגמרי, המאיימים
לחולל מהפכה בתחום הביוכימיה ובחקר ראשית החיים", הוא טוען. "הם מתפתחים בטמפרטורות קיצוניות כל כך, שלא ייתכן שהם מבצעים בדיוק את אותן
הפעולות שמבצעים יתר האורגניזמים. מכאן, שהם פועלים אחרת. עם זאת, הם עושים גם הרבה דברים דומים, ואנחנו עדיין לא מבינים בדיוק איך".
כשאדאמס אומר שהאורגניזמים שלו "חדשים", כוונתו שהם חדשים למדע. שכן, הוא מאמין שהם צורת החיים הקדומה ביותר המוכרת לנו, קרוביהם של
החד-תאיים הראשונים שהופיעו על פני כדור הארץ, כשהיה כוכב לכת צעיר וחם. אם נכונה השערה זו, שהועלתה לראשונה בשנות ה-80 המוקדמות על ידי
המיקרוביולוג קארל ווז (Woese) מאוניברסיטת אילינוי, אזי ניתן יהיה ללמוד ממנגנוני הפעולה של האורגניזמים האלה על התהליכים הביוכימיים
של צורות החיים הראשונות - תהליכים המיטיבים לפעול בטמפרטורה גבוהה מ-100 מעלות. מיקרואורגניזמים המסוגלים לחיות בטמפרטורות גבוהות נחשבו עד כה ליצורים רגילים, שהסתגלו לחום בדרך זו או אחרת. התיאוריה החדשה הופכת את הקערה על פיה ומעלה את הסברה, שמי שהסתגל פה הם אנחנו - ויש בכך משום תפנית דרמטית.
ייתכן מאד, שבתהליך ההסתגלות לסביבה קרירה יותר, התקרבנו לקצה הקר של טווח הטמפרטורות הביולוגי. אם טמפרטורה של 37 מעלות (הנורמלית עבורנו) היא נמוכה, וטמפרטורה של 100 מעלות היא נוחה, מהי הטמפרטורה המירבית שבה ייתכנו חיים? התהליכים הכימיים המתרחשים באורגניזמים שמגדל אדאמס יכולים לספק לנו רמז בכיוון הנכון, וייתכן אף שיובילו אותנו למסקנות בדבר מקומות אחרים ביקום - לאו דווקא כוכבי לכת הדומים לכדור הארץ - שבהם עשויים היו להתפתח חיים.
חיפש אנזים - מצא חידק מוזר
בינתיים נמנע אדאמס מלהפליג בהרהורים על אודות חיים בכוכבי-לכת רחוקים; היצורים הארציים במעבדתו זרים לו דיים. הוא התחיל להתעניין בהם
ב-1981, כשעבד במעבדות המחקר של חברת אקסון (Exxon) בניו-ג'רזי. אדאמס, דוקטור לביוכימיה מאוניברסיטת לונדון, הגיע לאקסון לאחר שעבד זמן
מה באוניברסיטת פרדיו שבאינדיאנה. בחברת אקסון חקר אדאמס הידרוגנאז (hydrogenase) - אנזים חידקי המסוגל לנתק מימן ממולקולות מים. בחברת
אקסון קיוו, ככל הנראה, שאנזים זה יוכל לשמש בתהליך זיקוק הנפט. אך ב-1986 קצצה אקסון בתקציבי המחקר בביולוגיה, ואדאמס החליט לעזוב. הוא עבר לאוניברסיטת ג'ורג'יה, ושם החל לתור אחר מיקרואורגניזמים המשתמשים במימן בתהליך חילוף החומרים שלהם, זאת בתקווה למצוא בהם פעילות הידרוגנאז או אנזימים דומים. במסגרת סקירת ספרות שערך, מצא מספר דיווחים מאת מיקרוביולוג גרמני בשם קארל סטטר (Stetter) על אורגניזמים מוזרים שגילה ב-1982 במעיינות חמים בסיציליה, המשגשגים בטמפרטורה גבוהה מ-100 מעלות. מאוחר יותר נמצאו מיקרואורגניזמים כאלה גם במעמקי האוקיינוס, בפתחים געשיים שעומקם מגיע לחמישה קילומטרים מתחת לפני המים. חידקים המסוגלים לחיות בטמפרטורה של כ-90 מעלות, כגון חידקי מעיינות המים החמים בפארק ילוסטון (Yellowstone) בארה"ב, היו ידועים כבר לביולוגים, וכונו תרמופילים (thermophiles) - אוהבי חום. אבל האורגניזמים החדשים חרגו הרבה מעבר לכך - אלה זכו לכינוי היפרתרמופילים (hyperthermophiles) - אוהבי חום קיצוני.
"האורגניזמים האלה היו בנמצא" מסביר אדאמס, "אך לא נחקרו דיים. איש לא בודד מהם אנזימים כלשהם, איש לא ידע עליהם דבר. והם אכן קשרו מימן. העיתוי היה מושלם. חשבתי לעצמי, הרי לא ייתכן שכל כך קשה לגדל אותם, גם אם הם זקוקים לטמפרטורות קיצוניות כאלה'". אדאמס הזמין שני סוגים של חידקים אלה מאוסף תרביות בגרמניה, ושניהם התפתחו. למרות שקרא ולמד אודותם, הפעילות הכימית יוצאת הדופן שלהם הדהימה אותו. היצורים הללו אמנם היו מצויידים באנזים הידרוגנאז, אבל בגירסה שונה, עמידה בטמפרטורות גבוהות במיוחד. "בודדנו מהם את האנזים ובדקנו את פעילותו בטמפרטורה של 100 מעלות. למיטב ידיעתי, זהו האנזים הראשון שבודד מאורגניזם היפרתרמופילי".
אנזימים הם ה"מזיזים דברים" באורגניזם החי. אלה הם חלבונים המזרזים פעולות כימיות המתקיימות ביצורים חיים. אדאמס החליט להניח לאנזימים להנחות אותו במסעו אל העולם הזר והמוזר של החיים מעל לנקודת הרתיחה. עולם שופע מינים אקזוטיים, השוכן מעבר לגבולות המוכרים לנו. אם יתחקה אחר האנזימים, חשב, יגלה את סודם של האורגניזמים אוהבי החום.
התחקות אחר מהות האנזימים
הצעד הראשון בניקוי אנזים מתאים חיים הוא לבקע גוש של תאים: ניתן למעוך אותם בלחץ, לפרק את דפנותיהם בעזרת אנזימים, או לרסק אותם
באמצעות גלי קול. אחר כך מסרכזים אותם. בתום שעה של סירכוז מהיר נערמים שרידי דפנות התאים בקרקעית המבחנה, ואילו האנזימים מרחפים
בתמיסה. על מנת למיין אותם, שופתים את התמיסה לתוך עמודה (קולונה), ובה חומר שאינו מאפשר מעבר למולקולות גדולות דוגמת האנזימים.
המולקולות הגדולות ביותר, בעלות המטען החשמלי הגבוה, נוטות להיצמד אל החומר המסנן, והן שוקעות לאט יותר. התהליך המייגע הזה אורך מספר
שעות, ולעתים קרובות, על מנת לנקות אנזימים דומים המסרבים להיפרד, יש צורך לחזור עליו כמה פעמים. בכל שלבי התהליך מישהו צריך להיות
נוכח, ביום ובלילה, כדי לאסוף את האנזימים המופרדים מן העמודה. 
התלהבותו של אדאמס נבעה מן העובדה, שטונגסטן היא מתכת נדירה ביותר אצל רוב היצורים החיים - רק אנזים אחד המכיל טונגסטן בודד עד אז מיצור חי. מאז שהחלו אדאמס וחבריו לעבוד ב"פס-הפירוק" המולקולרי, מצאו טונגסטן על כל צעד ושעל. באחד מכל חמישה אורגניזמים שהצליחו לגדל מצאו אנזימים המכילים את המתכת, אנזימים שמעולם לא ראו כדוגמתם. דומה היה שזרזים אלה לוקחים חלק בסדרה של תגובות כימיות בלתי ידועות עד אז, בהן מפרקים האורגניזמים סוכרים וחלבונים לייצור אנרגיה, ותוך כך משחררים מימן. יתרה מכך, התברר כי תוספת טונגסטן למצע הגידול ממריצה את התרבותם של היצורים הללו.
נראה, אם-כך, כי חילוף החומרים של יצורים מוזרים אלה שונה מזה של רוב של היצורים החיים. נזכיר כי בתהליך חילוף החומרים בגוף מתפרקים שומנים חלבונים ופחמימות לאבני בניין פשוטות, ותוך כך משתחררת אנרגיה המשמשת בתהליכים צורכי אנרגיה. בכל תהליכי הפרוק וההרכבה משתתפים אנזימים. בדיקות נוספות העלו, שבנוסף לאנזימים המכילים טונגסטן, מצויידים יצורים אלה גם באנזימים המכילים מתכות כמו ברזל. אלה אותם אנזימים המשתתפים בתהליכי חילוף חומרים ברוב היצורים החיים. נראה, אם-כך, כי היצורים של אדאמס מסוגלים להשתמש בשני מסלולים לחילוף חומרים: המסלול המקובל אצל רוב היצורים החיים, והמסלול הייחודי להם, בהם משתתפים אנזימים בלתי מוכרים, הפועלים בטמפרטורות גבוהות. מקומו של הטונגסטן במערכת לא היה ברור. האם מילא תפקיד בתהליכים כימיים קדומים יותר, המיטיבים לפעול בחום? האם מאוחר יותר התפתחו אנזימים המסוגלים להתמודד עם טמפרטורות נמוכות? ואם כן, כיצד זה לא התפרקו בטמפרטורות גבוהות, כפי שמתפרקים האנזימים שלנו?
חקר המוזרויות שבמולקולות
אדאמס הבין שהגיע הזמן להעמיק בנושא: לרדת מרמת התגובות בין המולקולות ולחקור את המולקולות עצמן. נראה היה לו שביסוד הדברים עומדת
השאלה: מה מקנה למולקולות הללו את יציבותן? שהרי כשמרתיחים חלבון, הוא הופך לבלתי יציב, מתפרק, ושוקע. "חלבון חייב להיות בתמיסה", מסביר
אדאמס. "אפשר אף לומר, שהמים מהווים חלק מהמבנה שלו". מולקולות מים זעירות נעות בין שרשראות ארוכות של חומצות אמיניות, המרכיבות את
מולקולות החלבון. בטמפרטורה מתאימה מתפתלות מולקולות החלבון בתמיסה, ומתעקלות כפקעות של חוטי צמר. אולם כשהמים חמים מדי, מתחזקות
תנודותיהן של מולקולות המים; הן הולמות בפתילי החלבון המעוקלים ומתירות אותם. שאריות פתילי החלבון מסתבכות זו בזו ושוקעות. חלבון ביצה
בטמפרטורת החדר הוא תמיסה עשירה של פקעות פתילי חלבון. לאחר ההרתחה, הן נקרשות, מתגבבות ומתערבבות זו בזו. מדוע אין החלבונים העמידים בחום מתנהגים כמו חלבון הביצה? השערתו של אדאמס הייתה, שסלילי החלבונים הללו מתקשרים זה עם זה במקומות רבים יותר. ההתקשרות נעשית באמצעות קשרים כימיים חלשים המכונים "קשרי צילוב" (cross links), במקומות שבהם מתעקלים הפתילים קרוב זה לזה. קשרים אלה עשויים למנוע את התפרקות החלבון בטמפרטורות גבוהות. מספר הקשרים תלוי ברצף החומצות האמיניות השונות המרכיבות את החלבון. מיקומן של החומצות האמיניות בחלבון הוא הקובע כיצד יתעקלו הפתילים סביב עצמם, הואיל וקשרי הצילוב נוצרים בין מרכיבי החומצות האמיניות.
על מנת לקבל תמונה ברורה יותר, פנה אדאמס לחלבון רוברדוקסין (Rubredoxin). "רוברדוקסין הוא חלבון קטן מאוד, המכיל רק 53 חומצות אמיניות," מסביר אדאמס, "הוא בודד מכתריסר אורגניזמים רגילים, והמבנה שלו ידוע. אנחנו בודדנו רוברדוקסין מאחד האורגניזמים ההיפרתרמופילים שלנו, ותיארנו את מבנהו בשיטות מתאימות".
רוברדוקסין רגיל בנוי מפתיל ארוך אחד, המתפתל לפקעת דמויית כדור. שלושה אזורים בפתיל, המכונים "מעטפות ביתא", סדורים זה לצד זה כאשר האנזים מעוקל, ושומרים על יציבות המבנה. למעטפת האמצעית יש מעין "זנב".
תרשים של האנזים רוברדוקסין, שהוא האנזים הראשון שבודד מאורגניזם היפרתרמופילי (ששמו Pyrococcus furiosus). מבנה האנזים מורה מדוע אין הוא מתפרק במים רותחים. מרכיביו העיקריים הם אטום ברזל (אדום), ארבעה אטומי גופרית (צהוב), ארבעה אטומי פחמן(לבן) ושלוש "מעטפות ביתא"- אזורים השומרים על יציבות המולקולה. המעטפת האמצעית מסתיימת במעין "זנב" (צהוב). ברוברדוקסין הפעיל בטמפרטורות נמוכות יחסית(סביב 37 מעלות), ה"זהב" ארוך יותר, ותנודות המים הרותחים מטלטלות האותו אנה ואנה. בעקבות זאת הקצה נמשך, המעטפת משתחררת והאנזים נהרס. באנזים העמיד בחום, הזנב קצר יותר ואינו מגיב לתנודות של מולקולות המים החמים.
"קצת הופתענו מהדמיון הרב במבנה שני סוגי הרוברדוקסין" אומר אדאמס. "הגירסה הרגילה של החלבון, והגירסה העמידה בפני חום היו דומות דיין כדי לבצע את אותן פעולות כימיות. באופן כללי, המבנה התלת-מימדי שלהן דומה, ובכל זאת קיים מספר קטן של הבדלים מהותיים". אדאמס מאמין, שייתכן שהבדלים דקים אלה במבנה, אחראים גם ליציבותן של יתר המולקולות הרגילות, לכאורה, באורגניזמים אוהבי החום. "סבורני שאנו עתידים לגלות כי לכל חלבון מנגנון ייחודי משלו, וההבדלים הקטנים בין הגירסה הרגילה לגירסה העמידה יימצאו בנקודות התורפה של החלבון".
למראית עין מנפצת השערה זו את המיסתורין האופף את האורגניזמים אוהבי החום, לפיו עמידותם יוצאת הדופן נובעת לכאורה מהסתגלות שולית. "זו אינה הסתגלות שולית כלל ועיקר", אומר אדאמס, "שינויים קטנים במבנה החלבון יכולים לחולל שינויים מופלגים ביציבותו".
לפי דעתו של אדאמס, התהליך היה הפוך. במקום שנקודת המוצא תהייה חלבונים, שהפכו יציבים תוך הסתגלות לחיים בטמפרטורות גבוהות, הוא משוכנע שהיו אלה החלבונים אוהבי החום שהפכו יציבים פחות תוך הסתגלות לחיים בטמפרטורות נמוכות. התקררות כדור הארץ לא הותירה בפניהם ברירה. בטמפרטורה של כ-16 מעלות, שהיא הטמפרטורה הממוצעת על פני כדור הארץ, נוטה חלבון המצוייד בקשרי צילוב רבים בין סליליו להתקשח. אנזים קשיח אינו יכול להשתתף בתגובות כימיות, שכן אינו גמיש דיו להתקרב לאתרי הפעולה שלו במולקולות. הויתור על כמה קשרי צילוב גרם להגמשת האנזימים ופתר את הבעיה, אך גם הפך אותם לחלשים מכדי לשרוד בטמפרטורות גבוהות.
חלבונים בראי האבולוציה
אם מקבלים את השתלשלות העניינים כפי שהציג אדאמס, הרי חלבונים הדוקים הם קדומים יותר, וחלבונים רופפים - מאוחרים יותר. במוקדם או במאוחר
בתהליך ההתפתחות, עשוי חלבון שהותר להתפצל למספר מולקולות נפרדות, וכל אחת מהן "תתמחה" בתפקיד מצומצם בתוך שרשרת של תגובות כימיות.
רעיון זה יש בו כדי להסביר דפוסי התנהגות של כמה אנזימים הפעילים בטמפרטורות גבוהות. חלק מהאנזימים האלה פשוטים הרבה יותר מכאלה שניתן
למצוא ביצורים מפותחים יותר, והם נראים כאבותיהם של האחרונים. כך, למשל, פירובאט אוקסידו-רדוקטאז (Pyruvate oxidoreductase) הוא אנזים
עמיד בחום, המבצע מספר תגובות גם יחד. בגופנו מבוצעות תגובות אלו על-ידי מספר מולקולות שונות. אפשר לראות כאן ריכוזיות מסויימת: מצד אחד
ריכוז של מסלולי חילוף החומרים בטמפרטורות גבוהות, ומצד שני דחיסות והידוק של החלבונים העמידים המשתתפים בתהליך. ברמה המולקולרית, זוהי
למעשה הגירסה הביולוגית של המפץ הגדול: ככל שהעבר רחוק יותר, כך הביוכימיה חמה יותר ודחוסה יותר. אדאמס מצרף את פיסות המידע שפיענח עד כה לסיפור תולדות החיים עלי אדמות: בראשית התקיימו על-פני תבל אורגניזמים עמידים בטמפרטורות גבוהות, ממש כפי שטוען ווז. עם התקררות כדור הארץ, השילו מעליהן מולקולות החלבון קשרי צילוב על מנת לשמור על גמישות ועל יכולת תיפקוד. במקביל, "נטשו" מרבית האורגניזמים את הטונגסטן לטובת יסוד אחר - מוליבדן (Molybdenum) - הנפוץ בכל האורגניזמים האחרים. ייתכן שמולקולות חלבון המכילות מוליבדן תיפקדו טוב יותר בטמפרטורות נמוכות או בנוכחות חומרים מסויימים, בעוד שחלבונים מכילי טונגסטן היטיבו לפעול בתגובות כימיות בטמפרטורות גבוהות, שבהן מעורבים חומרים כגון מימן וגפרית. היצורים ההיפרתרמופילים הם צאצאי אותם האורגניזמים שלא ויתרו על הטונגסטן. האחרים התפתחו והיו לאבותיהם של מרבית היצורים הקיימים היום - למן הצמחים והתולעים ועד לאדם.
התיאוריה מתקבלת על הדעת, אך ייקח זמן רב להוכיח אותה. "אני מזכיר לעצמי כל הזמן לא לייחס חשיבות יתר לעניין", אומר אדאמס. הידע בתחום זה נזיל מאוד; מתברר, שהכימיה של החיים בחום העז מסובכת מכפי ששיערו תחילה. "אלה אינם אורגניזמים פשוטים", הוא מדגיש, "התהליכים הכימיים שהם מקיימים מסובכים כמו אלה של חידקים."
מכל מקום, וללא קשר לפרטי התמונה, המסגרת הכללית שהתווה ווז בדבר התפתחות החיים מן החם אל הקר טרם הכזיבה את אדאמס. "אני משתמש בתיאוריה שלו כתבנית, לצקת לתוכה את נתוני המבנה והשימוש בטונגסטן. יש עדיין חוקרים הקוראים עליה תגר, אך העדויות המאששות הולכות ומצטברות".
העדויות שסיפק הרוברדוקסין מסקרנות במיוחד. אם שינוי מבני קטן, הגורם לדלדול קצה המולקולה, מאפשר לה לתפקד בטמפרטורה של 16 מעלות במקום ב-100 מעלות, מה היה קורה אילו היה קצה המולקולה קצר עוד יותר? האם הייתה מולקולה כזו מסוגלת לתפקד בטמפרטורה של 150 מעלות? ומה בדבר שינויים מרחיקי-לכת יותר? יש חוקרים המאמינים, שכדור הארץ מאכלס עדיין אורגניזמים המתפתחים בטמפרטורות גבוהות בהרבה מ-150 מעלות.
בדיעבד, קל היום להווכח בעובדה, ש-100 מעלות, נקודת הרתיחה של מים בגובה פני הים בלחץ של אטמוספרה אחת, היא גבול שרירותי. חמישה קילומטרים מתחת לפני הים, בלחץ של 300 אטמוספרות ומעלה, חיים מיקרואורגניזמים בפתחים געשיים חמים כל כך, שפשוט איננו יכולים להתקרב אליהם. האם ייתכן שאי-שם קיימים יצורים קדומים עוד יותר ועמידים עוד יותר בפני חום? אדאמס מאמין שכן: "לא השקענו מספיק מאמצים בחיפוש אחר יצורים כאלה. איך זה שאורגניזם המסוגל לחיות במים רותחים התגלה רק ב1982-? פשוט מאוד, לפני כן אף אחד לא חיפש! אני חושב שצפויות פריצות דרך דרמטיות בקרוב," הוא מוסיף. "זה מדהים, לפני 20 שנה, אילו היית שואל מה הטמפרטורה הגבוהה ביותר שבה ייתכנו חיים, היינו בוודאי אומרים שהיא נמוכה מ100- מעלות. מי יודע מה תהייה התשובה בעוד 20 שנה?"
