Starożytne bakterie z prawie dwóch mil pod powierzchnią Ziemi: właśnie to przyciągnęło Tullisa Onstotta do rozpoczęcia poszukiwań życia w najbardziej nieprawdopodobnych miejscach. Geomikrobiolog uczestniczył właśnie w spotkaniu Departamentu Energii USA w 1992 r. Na temat skał, których wiek szacuje się na ponad 200 milionów lat - starszy niż większość dinozaurów. Te prehistoryczne skały zostały wydobyte ze studni do poszukiwań gazu i okazało się, że są pełne bakterii.
powiązana zawartość
- Tajemniczy marsjański „kalafior” może być najnowszą wskazówką obcego życia
- Dziesięciolecia poszukiwań w głąb płaszcza Ziemi może wkrótce uderzyć w brud
„To było dla mnie niesamowite” - mówi Onstott z Princeton University. „Pomysł, że bakterie te żyły w tych triasowych skałach, odkąd zostały zdeponowane przed erą dinozaurów, ten pomysł przykuł moją uwagę” - mówi.
Skały te były jednymi z pierwszych znaczących dowodów na to, że życie istniało wiele kilometrów pod ziemią, i podjęły wysiłki badaczy, aby zbadać życie na tak zwanym głębokim podpowierzchni. W ciągu ostatnich 20 lat Onstott i inni odkryli, że życie w znacznie bardziej niegościnnych miejscach jest większe niż ktokolwiek sobie wyobrażał.
Głębokie życie znaleziono na całym świecie w różnych warunkach - na polach naftowych i kopalniach złota, pod lodami na Grenlandii i Antarktydzie oraz w osadach i skałach pod dnem oceanu. Miejsca te mogą być wyjątkowo wrogimi środowiskami, z naciskiem od 10 do 100 razy większym niż na powierzchni. Temperatury mogą wahać się od niemal zera do ponad 140 stopni Fahrenheita.
Milę lub więcej pod powierzchnią nie ma światła słonecznego i bardzo mało tlenu. W tych surowych warunkach stworzenia muszą zarabiać na życie każdą energią, jaką mogą zebrać z otoczenia. Oznacza to, że tempo życia na dole może czasem być niewiarygodnie wolne. Mikroby te mogą być tysiąc- lub milion razy mniej liczebne niż ich bracia nad ziemią. A niektóre mogły istnieć przez setki, tysiące, a nawet miliony lat - prawdziwe mikroskopijne Matuzalemy.
Te stworzenia głębinowe są różnorodne, składają się z bakterii i innych jednokomórkowych organizmów zwanych archaea. Wiele kilometrów pod powierzchnią znajdują się nawet zwierzęta wielokomórkowe, w tym małe robaki zwane nicieniem.
„To, co zaskakuje, gdy kontynuujemy eksplorację tego głęboko ukrytego wszechświata, to fakt, że tam jest on bardziej złożony, niż moglibyśmy sobie wyobrazić, kiedy zaczęliśmy patrzeć na próbki triasowe w latach 90., ” mówi Onstott.
Ta złożoność otworzyła przed naukowcami świat możliwości, od usuwania toksycznych odpadów po poszukiwanie życia pozaziemskiego. Niektóre z tych głębokich organizmów żywią się bezpośrednio metalami i minerałami i mogą wpływać na wody gruntowe, zwiększając lub zmniejszając poziom arsenu, uranu i metali toksycznych. Naukowcy mają nadzieję, że bakterie te zostaną wkrótce przystosowane do wychwytywania lub usuwania takich szkodliwych substancji z rzeczy takich jak ścieki wyciekające z kopalni.
Ale być może najbardziej kusząca jest idea, że warunki głęboko pod ziemią są tak obce, że mogą dać badaczom wskazówki, gdzie znaleźć życie pozaziemskie - i jak może wyglądać to życie.
„Ma to bezpośredni związek z tym, czy życie mogłoby istnieć pod powierzchnią Marsa”, mówi Onstott. „To naprawdę wciągnęło mnie w to pole od samego początku i nadal jest dla mnie kierowcą”.
Pomiędzy ekstremalnymi środowiskami a względnym niedoborem organizmów badacze dokładają wszelkich starań, aby badać te drobnoustroje. Zapuszczają się do kopalni i jaskiń lub wykorzystują wiertła do wydobywania próbek z miejsc naziemnych lub dna oceanu. W niektórych obszarach pobranie nawet jednej próbki może potrwać kilka dni. „Idąc na krańce ziemi i wiercąc, lub idąc do Arktyki i schodząc pod ziemią, aby pobrać próbkę, nie jest to łatwe” - mówi Onstott.
Próbowanie piekielnych głębi
Niemal milę pod powierzchnią ziemi, głęboko w kopalni złota Beatrix w Południowej Afryce, Maggie Lau szuka życia. Jest gorąco i wilgotno, a tylko reflektory przedostają się do ciemności, gdy Lau, geomikrobiolog z grupy Onstott na Uniwersytecie Princeton, zbiera wodę z otworów wiertniczych. Są to otwory wiercone w skale przez geologów szukających kieszeni gazowych i wodnych przed operacjami wydobywczymi. Lau napełnia asortyment fiolek próbkami gazu i wody o objętości od mniej niż łyżeczki do herbaty nieco ponad dwie litry.
Maggie Lau zbiera wodę z odwiertu w fiolce znajdującej się ponad dwie mile pod powierzchnią ziemi w kopalni złota TauTona w RPA. (Francois Vermeulen (kierownik ds. Geologii, AngloGold Ashanti Limited)) Gaz, który zbiera Lau, może ujawnić, jak stara jest woda. „Próbki, które badam, mają około 40 000–80 000 lat” - mówi. Woda mogła powstawać na powierzchni i spływać przez szczeliny przez tysiące, a nawet miliony lat, sprowadzając mikroorganizmy z powierzchni lub z płytszych rejonów podpowierzchni.
W przeciwieństwie do wody, Lau podąża szybszą i bardziej dramatyczną drogą do miejsca badań. Kieruje się szybem kopalnianym w klatce windowej - która spada prawie milę w mniej niż minutę - a następnie idzie milę lub więcej z załadowanym plecakiem. Niektóre tunele wymagają od badaczy czołgania się, ciągnięcia paczek za sobą lub brodzenia przez wodę sięgającą kolan lub ud w zalanych sekcjach. Czasami klatka windowa nie jest dostępna po ciężkim dniu pracy, a Lau i Onstott muszą wrócić po schodach. „Żartowaliśmy, że to było jak schody do nieba” - mówi.
W piekielnych głębinach, gdzie woda może osiągać 130 stopni Fahrenheita, a same skały są często ciepłe w dotyku, nie ma tu zbyt wiele życia. Aby zebrać jak najwięcej żywych komórek do analizy, Lau zostawia niektóre ze swoich fiolek, aby przefiltrować setki do tysięcy galonów wody przez kilka tygodni do kilku miesięcy.
Około mili pod powierzchnią Lau zwykle znajduje 1000 do 10 000 komórek w mniej niż łyżeczce wody. To może wydawać się dużo, ale szczypta ziemi z twojego podwórka może zawierać 100 000 do miliona razy więcej komórek. W miejscach położonych ponad milę pod ziemią na łyżeczkę wody może znajdować się tylko 500 komórek. Lau ocenia, że będzie musiała stale filtrować wodę przez 200 dni, aby uzyskać wystarczającą ilość DNA i RNA do analizy.
Hodowla gatunków bakterii w laboratorium może być trudna bez znajomości konkretnego pokarmu, który jedzą, ani dokładnych warunków, w których się rozwijają. Naukowcy byli w stanie wyhodować tylko około jednego procentu bakterii, które znajdują na swoich głębokich polach. W rezultacie większość gatunków znana jest tylko z unikalnych sygnatur molekularnych - a sekwencjonowanie DNA lub RNA ujawniło mnóstwo wcześniej niezidentyfikowanych bakterii w próbkach pobranych tam przez naukowców.
Ten film poklatkowy pokazuje badaczy zbierających próbki w południowoafrykańskiej kopalni złota. (autor Gaetan Borgonie)Ostatnio Lau idzie o krok dalej niż dowiedzieć się, co tam mieszka - chce wiedzieć, co zarabiają na życie. Bez światła słonecznego i roślin, które zatrzymują energię słoneczną poprzez fotosyntezę, te głęboko żyjące bakterie muszą przetrwać na energii pochodzącej z reakcji chemicznych między skałami a wodą. Reakcje te mogą wytwarzać wodór, metan i siarczany, a naukowcy sądzili, że te trzy chemikalia zasilą większość bakterii żyjących w tak głębokim środowisku.
Ku jej zaskoczeniu Lau stwierdził, że tak nie było. Zamiast tego chemikalia podtrzymują tylko niewielką część bakterii, które następnie wytwarzają siarkę i azotany. W tych środowiskach dominowały bakterie, które odżywiły się tymi wtórnymi chemikaliami.
Oznacza to, że szukając głębokiego życia na Ziemi lub na innych światach, naukowcy powinni szukać szerszego zakresu reakcji metabolicznych. „Nie skupiaj się tylko na kilku głównych procesach. Powinniśmy być bardziej otwarci na spojrzenie na pełny i kompletny krajobraz metaboliczny ”- mówi Lau.
„Możliwość zobaczenia, co tam teraz robią, jest absolutnie najbardziej ekscytującą rzeczą, którą zawsze chcieliśmy robić i próbując wymyślić, jak to zrobić przez ostatnie 20 lat, a teraz możemy w końcu to zrób - mówi Onstott.
„Pierwsza migawka [Lau] to jak odzyskanie pierwszego obrazu z Marsa czy coś w tym rodzaju, to niesamowite” - dodaje.
Prawdziwe zoo
Tam, gdzie jest zdobycz, zwykle są drapieżniki. A bakterie stanowią smaczny posiłek dla wielu stworzeń.
Kiedy Gaetan Borgonie usłyszał o tych głębokich bakteriach, zastanawiał się, czy mógłby znaleźć robaki zwane nicieniem - które żywią się bakteriami - w tych samych podziemnych miejscach. Borgonie, zoolog z Extreme Life Isyensya w Gentbrugge w Belgii, pracował nad tymi robakami przez 20 lat. Wiedział, że nicienie mogą przetrwać w szerokim zakresie warunków na powierzchni, w tym w ekstremalnie wysokich lub niskich temperaturach i bardzo niskich poziomach tlenu, więc teoretycznie dobrze nadają się do warunków głęboko pod ziemią.
Borgonie wezwał Onstotta, który zaprosił go do odwiedzenia kopalni w Afryce Południowej. Ale znalezienie tych robaków nie było łatwe. Chociaż są one bardzo obfite na powierzchni, w kopalniach Borgonie musiała pobrać próbkę ponad 2500 galonów wody, aby znaleźć pojedynczy nicień. „Naprawdę musisz zmienić sposób myślenia i porzucić to, co wiesz z powierzchni, ponieważ podziemia to inna planeta”, mówi.
Borgonie odkryło dużą liczbę nicieni żyjących w kopalniach w wodach od 3000 do 12 000 lat z odwiertów, a także w stalaktytach zwisających z tuneli kopalni. Należą do nich jeden nowy gatunek znaleziony prawie milę pod powierzchnią oraz inny niezidentyfikowany robak żyjący ponad dwie mile w dół. Zwierzęta te były pierwszymi dowodami wielokomórkowego, eukariotycznego życia tak głęboko, mówi Borgonie.
W przeciwieństwie do unikalnych bakterii występujących na tych głębokościach, ogromna większość robaków należała do gatunków występujących na powierzchni. „Zwierzęta te są już przyzwyczajone do stresu, a te, które są oportunistyczne na powierzchni, radzą sobie bardzo dobrze pod ziemią”, mówi Borgonie.
Głębokie środowiska mogą faktycznie przynieść pewne korzyści, biorąc pod uwagę stabilne warunki i brak drapieżników dla robaków. „Dla nich to jak wakacje” - mówi Borgonie.
Białe strzałki wskazują bakterie znajdujące się w biofilmach w wodzie odwiertu z kopalni złota Kopanang w Afryce Południowej. (Gaetan Borgonie) Przekonany, że w kopalniach musi być więcej takich stworzeń, Borgonie pozostawił swój sprzęt do pobierania próbek w kopalni złota Driefontein w Południowej Afryce na dwa lata, aby przefiltrować ponad trzy miliony galonów wody - wystarczającej do wypełnienia prawie pięciu basenów olimpijskich.
„Właśnie wtedy znaleźliśmy całe zoo” - mówi Borgonie. Zidentyfikował kilka innych organizmów wielokomórkowych, w tym płazińce i robaki podzielone na segmenty, a także coś, co wydawało się skorupiakiem. Prawie wszystkie te gatunki przeżyły, jedząc bakterie.
Odkrycie tych organizmów jest zachęcające dla naukowców poszukujących życia pozaziemskiego, mówi Borgonie. „Myślę, że to bardzo dobrze, że znajdujemy tak ogromny ekosystem pod ziemią”, mówi. „Jeśli udowodnimy, że mogą przetrwać w nieskończoność pod ziemią, może to być bardzo dobra wiadomość dla osób poszukujących życia na Marsie”.
„Naprawdę chciałbym [robić] tę pracę na planecie Mars”, mówi. „Dlatego zawsze mówię, że jeśli kiedykolwiek dadzą mi bilet w jedną stronę na Marsa, to mnie nie ma”.
The Alien Deep
Borgonie może jeszcze nie mieć swojego biletu, ale nadchodzące misje eksploracji kosmosu mogą dać nam lepszy pogląd na to, czy inne części Układu Słonecznego mogłyby podtrzymywać życie.
„Jedną z rzeczy, które dały ludziom poczucie optymizmu w zakresie astrobiologii, jest odkrycie, że istnieją organizmy, które mogą przetrwać w warunkach, które uważamy za bardzo ekstremalne, ” mówi Tori Hoehler, astrobiolog z NASA Ames Research Center. Hoehler jest członkiem zespołu Rock-Powered Life NASA Astrobiology Institute, który bada, w jaki sposób reakcje między różnymi rodzajami skał i wody mogą generować wystarczającą ilość energii do utrzymania życia.
„Jednym z najbardziej rozpowszechnionych siedlisk, które jest tam dostępne, jest siedlisko zdefiniowane przez skałę i wodę”, mówi Hoehler. Można sobie wyobrazić warstwy wodonośne siedzące głęboko pod powierzchnią Marsa lub oceany sunące nad skalistą skorupą księżyca Jowisza Europa lub księżyca Saturna Enceladusa, mówi.
Misja Europa Multiple Flyby NASA, która ma się rozpocząć w ciągu najbliższych pięciu do dziesięciu lat, da naukowcom lepszy pogląd na to, czy lodowy księżyc Jowisza ma jakieś środowiska, które mogłyby wspierać życie. Jeśli chodzi o Marsa, badacze przeszli od pytania, czy mogą znaleźć środowisko nadające się do zamieszkania, do poszukiwania dowodów na samo życie, mówi Hoehler.
Chociaż warunki na powierzchni Marsa są obecnie wyjątkowo niegościnne dla życia, wydaje się, że planeta miała kiedyś atmosferę i wody powierzchniowe. Gdyby wtedy życie ewoluowało, mogłoby ono rozprzestrzenić się na marsjańską podpowierzchnię, gdzie środowisko pozostało stabilne, nawet gdy powierzchnia stała się wroga. Możliwe, że życie wciąż trwa głęboko pod ziemią, czekając, aż go wykopiemy.
Artystyczny rendering łazika ExoMars ESA, który przeprowadzi wiertło zaprojektowane do sondowania do 6, 5 stopy poniżej powierzchni Marsa. (ESA) Nie będziemy musieli długo czekać, aby po raz pierwszy rzucić okiem pod powierzchnię Marsa. Misja ExoMars Europejskiej Agencji Kosmicznej w 2018 r. Wywierci około sześć stóp pod powierzchnią Marsa w poszukiwaniu oznak życia. To może nie być wystarczająco głębokie, aby znaleźć żywe organizmy, ale powinno być wystarczająco daleko pod powierzchnią, abyśmy mogli znaleźć dowody życia.
Ponad 20 lat, odkąd starożytne bakterie po raz pierwszy rzuciły mu okiem na głębokie życie Ziemi, Onstott nie może się doczekać, aby zobaczyć, co znajdziemy na Marsie, zwłaszcza gdy naukowcy będą mogli trochę głębiej kopać.
„Jeśli na Marsie jest jakieś słodkie miejsce, miejsce, w którym uzyskuje się właściwą równowagę temperatury i wody, mogą istnieć organizmy żyjące w tych warunkach”.
Dowiedz się więcej o tych badaniach w Deep Carbon Observatory.
