Starodavne bakterije s skoraj dveh milj pod zemeljsko površino: to je tisto, kar je najprej narisal Tullis Onstott, da je začel iskati življenje na najbolj neverjetnih krajih. Geomikrobiolog se je ravno udeležil sestanka ameriškega ministrstva za energijo leta 1992 o kamninah, starih več kot 200 milijonov let, starejših od večine dinozavrov. Te prazgodovinske kamnine so bile odkrite iz vrtine za raziskovanje plina in izkazalo se je, da so polne bakterij.
Sorodne vsebine
- Skrivnostni marsovski "cvetača" je lahko najnovejši namig tujčevega življenja
- Desetletna naloga, ki bi se vrtala v zemeljski plašč, lahko kmalu zadene umazanijo
"To me je precej presenetilo, " pravi Onstott iz univerze Princeton. "Zamisel, da te bakterije živijo v teh triasnih kamninah, odkar so jih odložili v času pred dinozavri, se mi je ta ideja zelo zdela, " pravi.
Te skale so bile med prvimi bistvenimi dokazi, da je življenje obstajalo kilometre pod zemljo, in so skočile v napore raziskovalcev, da bi preučevali življenje v tako imenovanem globokem podzemlju. V zadnjih 20 letih so Onstott in drugi ugotovili, da je življenje na veliko bolj negostoljubnih krajih večje, kot si je kdo predstavljal.
Globoko življenje je bilo najdeno po vsem svetu in pod različnimi pogoji - na naftnih poljih in v rudnikih zlata, pod ledenimi ploščami na Grenlandiji in Antarktiki ter v sedimentih in skalah pod oceanskim dnom. Ti kraji so lahko izredno sovražna okolja s pritiski, ki so od 10 do 100 krat večji od površja. Temperature se lahko gibljejo od blizu zmrzovanja do več kot 140 stopinj Fahrenheita.
Kilometer ali več pod površjem ni sončne svetlobe in zelo malo kisika. V teh strogih okoljih morajo bitja iztrgati živec s katero koli energijo, ki jo lahko pridobijo iz svoje okolice. To pomeni, da je tempo življenja tam spodaj lahko neverjetno počasen. Ti mikrobi so lahko tisoč ali milijonkrat manj obilni kot njihovi bratje nad tlemi. In nekateri so bili morda na stotine, tisoče ali celo milijone let - pravi mikroskopski Metuzalemi.
Ta globoka bitja so raznolika, sestavljajo jih bakterije in drugi enocelični organizmi, imenovani arheje. Obstajajo celo večcelične živali milj pod površjem, vključno z drobnimi črvi, imenovanimi ogorčice.
"Kar preseneča, ko nadaljujemo z raziskovanjem tega globoko skritega vesolja, je, da je tam spodaj bolj zapleteno, kot smo si morda predstavljali, ko smo začeli gledati triazijske vzorce že v 90. letih, " pravi Onstott.
Ta kompleksnost je raziskovalcem odprla svet možnosti, od čiščenja strupenih odpadkov do iskanja nezemeljskega življenja. Nekateri od teh globokih organizmov se prehranjujejo neposredno s kovinami in minerali in lahko vplivajo na podzemno vodo s povečanjem ali zmanjšanjem ravni arzena, urana in strupenih kovin. Znanstveniki upajo, da se bodo te bakterije lahko kmalu prilagodile za lov ali odstranjevanje takšnih škodljivih snovi iz stvari, kot je odpadna voda, ki uhaja iz rudnika.
Toda morda najbolj muči ideja, da so pogoji globoko pod zemljo tako tuji, da lahko raziskovalcem namigajo, kje najti nezemeljsko življenje - in kako bi lahko izgledalo to življenje.
"Neposredno se nanaša na to, ali bi lahko bilo življenje pod površjem Marsa, " pravi Onstott. "To je res tisto, kar me je pripeljalo na to področje od začetka vožnje, in še vedno je gonilo zame."
Raziskovalci se med ekstremnimi okolji in relativno pomanjkanjem organizmov zelo dolgo - in globino - ukvarjajo s preučevanjem teh mikrobov. Vdrejo se v rudnike in jame ali uporabljajo vaje za odvzem vzorcev iz podzemnih območij ali oceanskega dna. Na nekaterih območjih lahko traja več dni, da dobimo celo en vzorec. "Če bi šli do konca zemlje in vrtali, ali šli na Arktiko in prešli pod zemljo miljo, da bi dobili vzorec, ni enostavno, " pravi Onstott.
Sondiranje peklenskih globin
Maggie Lau, skoraj miljo pod zemljino površino, globoko v južni Afriki, rudniku zlata Beatrix, išče življenje. Vroče in vlažno je, le žarometi kršijo temo, saj Lau, geomikrobiologinja iz skupine Onstott na univerzi Princeton, zbira vodo iz vrtin. Gre za luknje, ki so jih v skalo izvrtali geologi, ki so pred rudarjenjem iskali žepke za plin in vodo. Lau napolni izbor vial z vzorci plina in vode, ki se gibljejo od manj kot čajne žličke do nekaj več kot dveh pintov.
Maggie Lau zbira vodo iz vrtine v viali več kot dve milji pod zemeljsko površino v južni Afriki v rudniku zlata TauTona. (Francois Vermeulen (direktor geoznanosti, AngloGold Ashanti Limited)) Plin, ki ga zbira Lau, lahko razkrije, kako stara je voda. "Vzorci, ki jih preučujem, so stari od približno 40.000 do 80.000 let, " pravi. Voda je morda nastala na površini in se skozi tisočletja ali celo milijone let pretakala skozi razpoke, s čimer so mikroorganizmi s površja ali iz plitvih podzemlja potopili z njo.
Za razliko od vode se Lau odpravi na hitrejšo in dramatičnejšo pot do raziskovališča. Potuje po rudniku v kletki z dvigalom, ki v slabi minuti mine skoraj kilometer, nato pa pretoči kilometer ali več z napolnjenim nahrbtnikom. Nekateri tuneli od raziskovalcev zahtevajo, da se plazijo, vlečejo svoje pakete za seboj ali se v poplavljenih odsekih prebijajo skozi kolena ali stegna. Včasih kletka za dvigalo po napornem dnevu ni na voljo in Lau in Onstott se morata po stopnicah vrniti gor. "Šalili smo se, da je to kot stopnica v nebo, " pravi.
V peklenskih globinah, kjer voda lahko doseže 130 stopinj Fahrenheita in same skale so pogosto na dotik tople, ni mogoče najti veliko življenja. Da bi zbrala čim več živih celic za svojo analizo, Lau pusti nekaj svojih vial za filtriranje sto do tisoč litrov vode v nekaj tednih do nekaj mesecih.
Približno kilometer pod površjem lahko Lau običajno najde 1000 do 10.000 celic v manj kot čajni žlički vode. To se morda zdi veliko, toda ščepec zemlje z vašega dvorišča lahko vsebuje 100.000 do milijon krat toliko celic. Na mestih, ki so več kot kilometer pod zemljo, je lahko le 500 celic na čajno žličko vode. Lau ocenjuje, da bi morala 200 dni neprestano filtrirati vodo, da bi dobila dovolj DNK in RNK za svojo analizo.
V laboratoriju je lahko gojiti bakterijske vrste, ne da bi poznali posebno hrano, ki jo jedo, ali natančne pogoje, v katerih uspevajo. Znanstveniki so uspeli gojiti le približno en odstotek bakterij, ki jih najdejo na svojih globokih poljih. Kot rezultat tega je večina vrst znanih le po njihovih edinstvenih molekularnih podpisih - zaporedje DNK ali RNK pa je odkrilo množico doslej neznanih bakterij v vzorcih, ki so jih znanstveniki zbrali tam.
Ta videoposnetek prikazuje raziskovalce, ki zbirajo vzorce v južnoafriški rudnici zlata. (avtor Gaetan Borgonie)Pred kratkim Lau gre korak dlje, ko ugotovi, kaj živi tam spodaj - želi vedeti, s čim se preživljajo. Brez sončne svetlobe in rastlin, ki bi s fotosintezo ujele sončno energijo, morajo te globoko živeče bakterije preživeti na energiji iz kemičnih reakcij kamnin in vode. Te reakcije lahko proizvajajo vodik, metan in sulfate, znanstveniki pa so mislili, da bodo te tri kemikalije spodbudile večino bakterij, ki živijo v teh globokih okoljih.
Na svoje presenečenje je Lau ugotovila, da temu ni tako. Namesto tega kemikalije vzdržujejo le manjšino bakterij, ki nato proizvajajo žveplo in nitrate. V teh okoljih prevladujejo bakterije, ki so se hranile s temi sekundarnimi kemikalijami.
To pomeni, da bi morali znanstveniki pri iskanju globokega življenja na Zemlji ali drugem svetu iskati širši spekter presnovnih reakcij. „Ne osredotočajte se le na nekaj večjih procesov. Morali bi biti bolj odprti za pogled na celotno in popolno presnovno pokrajino, "pravi Lau.
"Sposobnost dejansko videti, kaj vse počnejo tam spodaj, je absolutno najbolj navdušujoča stvar, kar smo si vedno želeli narediti in poskušali ugotoviti, kako to storiti zadnjih 20 let, in zdaj lahko končno naredite, "pravi Onstott.
"[Lau's] prvi posnetek, kot da bi dobili prvo sliko z Marsa ali kaj podobnega, je neverjetno, " doda.
Pravi živalski vrt
Kjer je plen, so običajno plenilci. In bakterije naredijo okusen obrok za mnoga bitja.
Ko je Gaetan Borgonie slišal za te globoke bakterije, se je vprašal, ali lahko na istih podzemeljskih krajih najde črve, imenovane ogorčice - ki se prehranjujejo z bakterijami. Borgonie, zoolog iz družbe Extreme Life Isyensya v Gentbruggeu v Belgiji, je te črve delal 20 let. Vedel je, da lahko ogorčice preživijo različne razmere na površju, vključno z izjemno vročimi ali hladnimi temperaturami in zelo nizkimi nivoji kisika, zato so teoretično zelo ustrezali razmeram globoko pod zemljo.
Borgonie je poklical Onstotta, ki ga je povabil, naj pride raziskati rudnike v Južni Afriki. Toda najti teh črvov ni bilo enostavno. Čeprav jih je na površini zelo veliko, je moral Borgonie v rudnikih vzorčiti več kot 2500 litrov vode, da bi našel eno samo ogorčico. "Resnično morate spremeniti svojo miselnost in zapustiti tisto, kar veste s površine, saj je pod zemljo drugačen planet, " pravi.
Borgonie je odkril veliko število ogorčic, ki živijo v rudnikih v 3000 do 12 000 let stari vodi iz vrtin, pa tudi v stalaktitih, ki visijo iz tunelov rudnika. Vključevali so eno novo vrsto, ki se nahaja skoraj kilometer pod površjem, in drugo neznano črv, ki živi več kot dve milji navzdol. Borgonie pravi, da so te živali prvi dokaz večceličnega, evkariontskega življenja.
Za razliko od edinstvenih bakterij, ki jih najdemo na teh globinah, je velika večina črvov pripadala vrstam, ki jih najdemo na površju. "Te živali so že navajene na stres in tiste, ki so na površini oportunistične, so zelo dobro pod zemljo, " pravi Borgonie.
Globoko okolje lahko resnično prinese nekaj koristi ob stabilnih razmerah in pomanjkanju plenilcev za črve. "Zanje je to kot praznik, " pravi Borgonie.
Bele puščice kažejo na bakterije, ki jih najdemo znotraj biofilmov v vrtini iz južnoafriškega rudnika zlata Kopanang. (Gaetan Borgonie) Prepričan, da mora v rudnikih živeti več takšnih bitij, je Borgonie dve leti v južni Afriki v rudniku zlata Driefontein pustil svojo opremo za vzorčenje, da je filtriral več kot tri milijone litrov vode - dovolj za napolnitev skoraj petih bazenov olimpijske velikosti.
"Takrat smo našli celoten živalski vrt, " pravi Borgonie. Identificiral je več drugih večceličnih organizmov, vključno s ploskimi črvi in segmentiranimi črvi, kot tudi rakom. Skoraj vse te vrste so preživele z uživanjem bakterij.
Odkritje teh organizmov je spodbudno za znanstvenike, ki iščejo nezemeljsko življenje, pravi Borgonie. "Mislim, da je zelo dobro, da najdemo tako velik ekosistem pod zemljo, " pravi. "Če lahko dokažemo, da lahko pod zemljo živijo v nedogled, bi to lahko bila dobra novica za ljudi, ki iščejo življenje na Marsu."
"Zelo rad bi [delal] to delo na planetu Mars, " pravi. "Zato vedno rečem, če mi bodo kdaj dali enosmerno vozovnico do Marsa, me ni več."
Tujec globoko
Borgonie morda še nima svojega vozovnice, toda prihajajoče misije vesoljskega raziskovanja bi nam lahko bolje predstavile, ali bi drugi deli osončja lahko podpirali življenje.
"Ena od stvari, ki ljudem daje občutek optimizma, kar zadeva astrobiologijo, je ugotovitev, da obstajajo organizmi, ki lahko vztrajajo v tem, kar bi ocenili kot zelo ekstremne razmere, " pravi Tori Hoehler, astrobiologinja iz Nasa Ames Research Center. Hoehler je član ekipe NASA Astrobiology Institute of Rock-Powered Life, ki preučuje, kako reakcije med različnimi vrstami kamnin in vode lahko ustvarijo dovolj energije za podporo življenju.
"Eden od najbolj razširjenih habitatov, ki je na voljo tam, je tisti, ki ga določata skala in voda, " pravi Hoehler. Lahko si predstavljate vodonosnike, ki sedijo globoko pod površjem Marsa ali pa se oceani drsejo nad skalno skorjo Jupitrove lune Europa ali Saturnovo luno Enceladus, pravi.
Nasina misija Europa Multiple Flyby Mission, ki naj bi se začela v naslednjih petih do desetih letih, bo znanstvenikom omogočila boljšo predstavo o tem, ali ima Jupitrova ledena luna kakšno okolje, ki bi lahko podpiralo življenje. Kar zadeva Mars, so raziskovalci šli od vprašanja, ali lahko najdejo bivalno okolje, do tega, da dejansko iščejo dokaze o svojem življenju, pravi Hoehler.
Čeprav so razmere na marsovskem površju trenutno izjemno neprimerne za življenje, se zdi, da je imel planet nekoč v svoji preteklosti ozračje in površinske vode. Če bi se življenje takrat razvijalo, bi se lahko razširilo na Marsovsko podzemlje, kjer je okolje ostalo stabilno, tudi ko je površina postala sovražna. Možno je, da življenje še vedno vztraja globoko pod zemljo in čaka, da ga izkopljemo.
Umetniški upodabljalec ESA ExoMars Rover, ki bo izvajal vrtalnik, zasnovan za merjenje 6, 5 čevljev pod površino Marsovca. (ESA) Ne bo nam treba čakati predolgo, da bi prvi pogled potegnili pod površje Marsovca. Misija ExoMars Evropske vesoljske agencije za leto 2018 bo izvrtala približno šest metrov pod marsovsko površino in iskala znake življenja. To morda ni dovolj globoko, da bi našli žive organizme, vendar bi moralo biti dovolj daleč pod površino, da bi lahko našli dokaze o življenju.
Več kot 20 let, odkar so mu starodavne bakterije prvič pogledale globoko življenje na Zemlji, Onstott komaj čaka, da vidi, kaj najdemo na Marsu, še posebej, ko se znanstveniki lahko kopajo nekoliko globlje.
"Če je na Marsu sladka točka, kjer nekje dobite pravo ravnovesje temperature in vode, bi morda v teh pogojih preživeli organizmi."
Več o tej raziskavi in še več na Observatoriju Deep Carbon.
