Nekaj milj južno od Lovell, Wyoming, blizu meje z Montano, severna železnica Burlington začne postopno vzpenjanje iz pašnikov in gozdov bombaža. Steza se dviga v sotesko medu, ki jo prereže apnenec Madison, tvorba, ki je že bila starodavna, ko so dinozavri obhajali morske obale Wyominga, nato pa sega nad podzemno komoro, 30 metrov spodaj, znano kot Spodnja Kana jama. Vhod v jamo je skoraj neviden, razpoka je skoraj zakopana ob strmo nakopičenem ruševju železniškega nasipa.
Sorodne vsebine
- Izvori življenja
- EcoCenter: Dežela
Ko sem se spustil po tem pobočju gležnja, za skupino znanstvenikov, sem trkal z nogami skozi 30-palčno razpoko. Dvojno upognjen in frcljajoč svojo pot naprej v mraku, sem zdrsnil v hitro premikajoč se potok in planil na vse štiri, preden sem našel dovolj prostora za pokončno postavitev na blatni breg. Oči so se mi kmalu prilagodile temnemu sijaju žarometa, koža pa je ostala lepljiva; za razliko od večine jam na tej zemljepisni širini, ki ostanejo prijetno hladne skozi celo leto, temperatura v Spodnjem Kaneu lebdi pri neprijetno vlažnih 75 stopinjah. V grlu mi je obtičal ostr, gnilen vonj.
Spodnji Kane nima nobenega od penečih stebrov ali apnenčastih "draperijev" podzemeljskih turističnih točk, kot so kalifornijske Carlsbad Caverns v New Mehiki ali Kentuckyjeva MammothCave. Kmalu večji od običajne postaje podzemne železnice v New Yorku, Spodnjem Kaneu manjka niti najbolj skromnega stalaktita. Pa vendar se ta nepregledna jama izkazuje kot znanstveni rudnik zlata, ki v svoje vlažne globine vleče energično skupino raziskovalcev, ki jo vodi Annette Summers Engel z univerze v Teksasu. Nosite varnostne maske za zaščito pred strupenimi plini, ki izhajajo iz treh bazenov, ki se hranijo z vzmetjo, ekipa zasleduje zadnje poglavje v 30-letnem prizadevanju za razumevanje redke in eksotične oblike jame, ki jo predstavlja Kane; po vsem svetu je bilo najdenih le približno ducat teh tako imenovanih aktivnih sulfidnih jam. Ko so jo v začetku sedemdesetih prvič predlagali, je bila teorija o njihovem izvoru tako sporna, da je znanstvena skupnost potrebovala skoraj dve desetletji, da bi jo sprejela. Sčasoma je nenavadna geokemija teh jam prevrnila konvencionalno razmišljanje o tem, kako so nastale.
Še pomembneje je, da je odkritje "temnega življenja" - ki predvideva kolonije mikrobov, ki uspevajo v teh kislih, podočnjakih črnih mrež - izgnalo dolgoročno prepričanje, da so jame večinoma neplodna in sterilna. Znanstveniki lovijo v teh nekdaj skritih globinah mikrobe, ki lahko privedejo do novih načinov zdravljenja raka. In jamske raziskave vplivajo tudi na razmišljanje znanstvenikov o izvoru življenja na zemlji in njegovem možnem obstoju na drugih svetovih. "Jama je tako drugačno okolje, skoraj kot bi šla na drug planet, " pravi geomikrobiologinja New Mexico Tech Penny Boston. "V nekem smislu je to drug planet - del našega planeta, ki ga še nismo raziskali. Tako kot so globoki oceani postali znani dostopni šele v zadnjih nekaj desetletjih, zdaj najdemo takšen pionirski napor, ki se dogaja v jamah. "(Televizijsko raziskovanje jamskih raziskav, " Skrivnostno življenje jam ", oddaja na PBS-u NOVA 1. oktobra)
V poznih 60. letih je podiplomski študent na Stanfordu Univerza, ki je iskal zahtevno temo za doktorsko disertacijo, postal prvi znanstvenik, ki se je v železniškem nasipu v Wyomingu odpravil skozi razpoko. Radovednost Stephena Egemeierja je takoj vzbudila nenavadno tople temperature Spodnjega Kanea in neprijetne vonjave. Še bolj tuji so bili ogromni, blatni kupi drobljivega minerala, ki ga redko najdemo v jamah. To je bil mavec ali kalcijev sulfat, glavna sestavina Sheetrocka ali suhozida, material, ki ga poznamo iz gradnje hiše. Ko je Egemeier odkril, da izviri Spodnjega Kana niso le vroči, ampak so pihali vodikov sulfidni plin (znan po vonju rottenegg), je teoretiziral, da je vodikov sulfid aktivno deloval pri iskanju spodnjega Kana. Iz nekega podzemnega vira je na koncu prišel potencialno strupeni plin - bodisi iz vulkanskih rezervoarjev Yellowstona na zahodu ali naftnih polj BighornBasin na jugu -, ki je pihal iz izvirske vode in v jamo. Naravno nestabilen je reagiral s kisikom v vodi, da je tvoril žveplovo kislino. Kislina se je nahajala ob jamskih stenah in proizvajala mavec kot stranski proizvod.
Egemeierjeve pionirske raziskave v 70. letih niso bile nikoli objavljene in niso pritegnile malo pozornosti. Medtem ko je zamujal, se je druga skupina znanstvenikov spopadala z nekaj enako zagonetnimi jamskimi uganki. Tokrat se je znanstveni detektivski lov odvijal daleč od krepkih kanjonov Wyominga v dobro uhojenih globinah velike turistične destinacije, Carlsbad Caverns.
Zgodnja zgodba o carlsbadu je v bistvu zgodba enega samega posameznika, Jima Whitea. Kot najstnik v 1890-ih se je White sprehajal v bližini svojega kampa v Guadalupe-goranjih jugovzhodne Nove Mehike, ko je opazil nenavaden temen oblak, ki se je vrtel s puščavskega dna. "Mislil sem, da gre za vulkan, " je dejal pozneje, "toda potem še nikoli nisem videl vulkana." Če je sledil oblak do njegovega izvira na ustju velikanske kaverne, je Beli stal prepleten zaradi spektakla, ki ga milijoni netopirjev polivajo na nočni lovski eksodus. Tako se je začela njegova vseživljenjska obsedenost s Carlsbad Caverns, ki jo je na splošno raziskal sam, le z neokusnim utripanjem kerozinske svetilke, ki ga je vodil. Whiteove pripovedke o velikem podzemnem labirintu so ga naredile za nekaj lokalnega smeha, dokler leta 1915 ni prepričal fotografa, naj ga pospremi v jamo. V naslednjih mesecih naj bi White spuščal obiskovalce v železno vedro na vihravem vitlu v temo 170 stopala spodaj. Danes je seveda njegova samotna obsedenost postala nacionalni park, ki na leto potegne pol milijona obiskovalcev.
Morda pa je najbolj presenetljiv vidik zgodbe o Carlsbadu ta, da že v sedemdesetih letih prejšnjega stoletja, ko se je dnevno število poletnih obiskovalcev zvrstilo na tisoče, mineralogija kaverne in njene številne uganke skoraj niso bile raziskane. Speleologija ali preučevanje jam je bila komaj ugledna znanost in po mnenju strokovnjaka za jam Carol Hill so glavni geologi ponavadi zavrnili kot "trpinčene jamarje" tiste, ki so jih privlačili.
Potem so se nekega dne oktobra 1971 Hill in trije drugi študenti geologije povzpeli po strmi lestvi v eno oddaljenih dvoran Carlsbada. Ko so se stegovali okoli sobe skrivnosti, imenovane zaradi čudnega hrupa, ki ga je tam ustvaril veter, so jih ob nogah zakrivali zaplati modrikaste gline in drobne, koruzne skorje. Odder so bili še vedno ogromni bloki mehkega, belega minerala drugje v jami. Takih blokov sploh ne bi smelo biti.
En mineral, mavec, se hitro raztopi v vodi. Konvencionalna razlaga, kako nastajajo jame, vključuje delovanje vode - veliko tega - skozi milijone let skozi apnenec. Kemija je preprosta: ko dež pade skozi ozračje in se pretaka v tla, pobira ogljikov dioksid in tvori šibko kislo raztopino, ogljikovo kislino. Ta blago jedka podtalnica poje apnenec in skozi eone izseka jamo.
Po tej splošno sprejeti teoriji naj bi vse apnenčaste jame sestavljale dolge ozke hodnike. Toda kot ve vsak, ki se je sprehodil po glavni atrakciji Carlsbada, Veliki sobi, je velikanska dvorana v obliki katedrale, ki se razprostira nad šestimi nogometnimi igrišči. Če bi večja podzemna reka izklesala to neizmerno votlino, bi morala izničiti ali pometati vse na svoji poti, vključno z mavcem. Na tleh velike sobe, enega največjih jamskih prostorov na svetu, ležijo velikanski beli kupi debeline do 15 čevljev.
Zmeden je bil Hill prisiljen sklepati, da se je treba v Gadalupskih gorah obnesel nekaj drastično drugačnega načina oblikovanja jam. Kmalu je prišla do teorije, podobne Egemeierjevi: da se je vodikov sulfid, ki ga oddajajo bližnja naftna in plinska polja, dvigal po gorah in reagiral s kisikom v podzemni vodi, da je ustvaril žveplovo kislino, ki je nato požrla jame v milijonih let .
Njena teorija vodikovega sulfida je vzbudila močno skepticizem med geologi, ki so iskali dokaze, ki jih Carlsbad kot "mrtev" ali več ne tvori kaverne ni mogel zagotoviti. Da bi potrdili Hillovo teorijo, so morali znanstveniki raziskati mesto, kjer je žveplova kislina še vedno jedla v jami - kot je bilo v Spodnjem Kanu. Toda skozi leta je bila majhna jama pod železniško progo bolj ali manj pozabljena.
Leta 1987 se je končno pojavila Hillova natančna raziskava Guadalupe, ki je sovpadla z objavo dela Stephena Egemeierja po njegovi smrti leta 1985. Te študije so skupaj z novimi odkritji peščice drugih aktivnih jamstev po vsem svetu dokazale nedvomno. da so jame v nekaterih regijah nastale z žveplovo kislino. Toda zdaj se je postavilo bolj mučno vprašanje: Kako bi lahko življenje uspevalo v temnih kavernah, polnih strupenih plinov?
Eden izmed mojih najbolj spotičnih trenutkov, ko sem obiskal Spodnji Kane, je bil, ko sem s svojim žarometom usmeril v enega od treh bazenov jame. Tik pod vodno gladino se je raztezal nori vzorec žilavega, filmskega matiranja v presenetljivih odtenkih modro-črne, vermilionske in okrasne Day-Glo oranžne barve, kot da bi kakšen pop-umetnik iz 60. let vrgel barve v vse smeri. Ponekod so me peščeni oranžni vzorci spominjali na Nasine posnetke neplodne površine Marsa. V drugih je bilo videti, kot da je nekdo vrgel špagete omako v vodo. Pajkasta bela nitka, kot nežni pajčevci, je plavala v vodi neposredno vsako pomlad, izvajala gromozanski podvodni ples v strujah, ki so vrele od spodaj.
Psihodelične barve so pripadale bakterijskim preprogam, želatinskim filmom ogljikovih spojin, ki jih ustvarjajo nevidni mikrobi. Te žive stranske produkte bakterijske aktivnosti lahko vidimo v vročih izvirih v Yellowstoneu in drugod, čeprav jih na površju lahko preplavijo konkurenca alg in drugih organizmov. Toda kaj so počeli tukaj v Spodnjem Kaneju in uspevali tako obilno na mestu s strupenimi plini in brez sončne svetlobe?
Večji del 20. stoletja so znanstveniki verjeli, da nobena bakterija ne more obstajati več kot nekaj metrov pod površjem tal ali oceanskim blatom; pod tem so mislili znanstveniki, življenje se je preprosto izmuznilo. Potem je leta 1977 prišlo presenetljivo odkritje bizarnih cevnih črvov in drugih eksotičnih živali, ki so se vsi stiskali okoli potopljenih vulkanov tako globoko v Tihem oceanu, da jih sončna svetloba ne doseže. Izkazalo se je, da je ta zunanji svetovni ekosistem skoraj v celoti odvisen od aktivnosti bakterij, ki ljubijo žveplo, in uspevajo od gojenja tokov in plinov, ki jih sproščajo podvodni zračniki. Kmalu so sledila tudi presenetljiva razkritja o mikrobih v drugih malo verjetnih krajih: bakterije so bile najdene v jedrih, izvrtanih več kot kilometer pod Virginijo, znotraj kamnin iz nevsiljive Antarktike in več kot šest milj globoko v Tihem oceanu na dnu rova Marianas. Nekateri znanstveniki zdaj ugibajo, da so skrite podzemne bakterije lahko enake masi vsega živega materiala zgoraj.
To "temačno življenje", izolirano več milijard let, znanstvenikom odpira velike možnosti. Mikrobiologi upajo, da lahko podzemne bakterije privedejo do novih antibiotikov ali zdravil proti raku. Nasini strokovnjaki jih preiskujejo v upanju, da bi prepoznali podpise, ki bi jih lahko prepoznali na vzorcih kamnin z Marsa ali v sondah, ki bodo nekega dne lahko prodrle v zamrznjeno morje Evrope, ene od Jupitrovih lun.
Toda izziv za vse te lovce na podzemeljske hrošče je dostop, kamor prihaja Spodnji Kane. "Jame ponujajo popolno okno v običajno skrit svet mikrobioloških dejavnosti, " pravi Diana Northup, jamska preiskovalka na univerzi Nove Mehike. "Nekateri raziskovalci domnevajo, da se je življenje razvijalo najprej pod zemljo in se preselilo na površje, ko so se pogoji izboljševali. Če je to res, potem lahko študije podzemnih mikrobov ponujajo namige o naravi nekaterih najzgodnejših življenjskih oblik Zemlje. "
Čeprav mi je LowerKaneCave dal namakanje in modrico ali dve, moji stiski niso bili nič v primerjavi s kilometri vijuganja in stiskanja, potrebnih za prodiranje v številne druge sulfidne jame. Njegova dostopnost je bila eden od razlogov, da je Spodnji Kane pritegnil Annette Summers Engel najprej leta 1999 in vsako leto od takrat, kar je njej in njeni ekipi geologov, geokemikov in strokovnjakov za DNK omogočilo, da z relativno lahkoto odpeljejo znanstveno opremo. Njihovi začetni testi so hitro potrdili, da je imel Stephen Egemeier prav: žveplova kislina, ki je posledica reakcije vodikovega sulfida s kisikom, še vedno jedo stene jam. Najbolj intrigantno vprašanje je bilo, ali so bakterijske preproge Lower Kane dodajale napadu kisline. Ker nekatere bakterije proizvajajo žveplovo kislino kot odpadne proizvode, se je zagotovo zdelo mogoče. Načrt Summersa Engela je bil, da se tega vprašanja loti iz več različnih vidikov. DNK test lahko na primer prepozna določene mikrobe. Drugi testi bi lahko pokazali, ali se je mikrob, ki se je hranil z, denimo, žveplom ali železom, in ali je bil pod stresom ali cveti.
Preliminarni rezultati so se klanjali raziskovalcem. "Ko smo prvič prišli v Spodnji Kane, " pravi Summers Engel, "smo seveda domnevali, da bo vsaka podloga v glavnem sestavljena iz mikrobov, ki oksidirajo žveplo. To je bilo videti kot zdrav razum. Kar smo našli namesto tega, je bila presenetljiva zapletenost. "V resnici se je vsaka preproga izkazala za tako raznoliko kot mestni blok na Manhattnu. Bilo je veliko mikrobov, ki jedo žveplo, in vsi se hranijo iz plinov, ki burijo v izvirih. A bilo je tudi nemirnih mešanic drugih bakterij. Nekateri, na primer žveplo, so hranili odpadke, ki so jih ustvarili njihovi sosedje. Niti hrošči niso bili naključno vrženi skupaj. Bakterije, ki jedo žveplo, na primer zbrane na vrhu preproge; kot pohlepni porabniki kisika so potrebovali zrak na pomladni površini, da so preživeli. Proizvajalci metana, ki ne potrebujejo kisika, so bili predvidljivo koncentrirani na dnu preproge.
Da bi ugotovili, kako podloge kot celota vplivajo na jamo, so znanstveniki zasnovali test elegantne enostavnosti, ki je vključeval dve plastični cevi, od katerih vsaka vsebuje enake apnenčaste sekance. Usta enega so bila pokrita s surovo plastično mrežico, ki je omogočala, da se tako mikrobi kot voda izvirajo v notranjosti. Drugi je bil prekrit z membrano, ki je sprejemala vodo, vendar je mikrobe držala zunaj. Potem ko je spomladi nekaj mesecev potopil obe cevi, je ekipa preučila čips pod mikroskopom. Čip, ki je bil izpostavljen tako kisli vodi kot mikrobom, je bil močneje izkoreninjen in brazgotin kot tisti, ki je bil izpostavljen samo vodi. Tu je bil dokaz, da mikrobi, ki proizvajajo kislino, pospešujejo nastanek jame. "Ni dvoma, da mikrobi dodajajo kislinsko kemijo, ki raztaplja apnenec, " pravi geokemičarka Teksaške univerze Libby Stern, "in da bi se brez podloge spodnji Kane verjetno oblikoval precej počasneje."
Toda še ena ugotovitev je bila še bolj mučna: popolnoma nova vrsta mikrobov, ki jo je predhodno identificirala biologinja BrighamYoungUniversity Megan Porter. Zdi se, da je novi organizem tesno povezan z mikrobi, ki jih najdemo v podmorskih odprtinah globoko v Tihem oceanu, ki je verjetno izvor nastanka življenja. "To je razburljivo odkritje, " pravi Porter, "saj pomeni, da so vrste presnovkov, ki jih najdemo v LowerKaneCave, zelo starodavne." Ujema se tudi z vedno večjimi dokazi, da se je življenje morda začelo v globini. V podzemnih oazah, kot so jame, podvodni zračniki in v tleh, bi se primitivni mikrobi zaklonili pred vulkanskimi eksplozijami, meteornimi bombnimi napadi in intenzivnim ultravijoličnim sevanjem, zaradi katerega je bil planet v svojih zgodnjih letih tako nevsiljiv. V teh starodavnih zatočiščih, v katerih so ljudje šele ugotovili, kako prodreti, se je življenje razvijalo daleč od sončne svetlobe, pogosto v ekstremnih pogojih vročine in kislosti. Kanejeve psihedelične preproge nas opominjajo, kako izjemne in trdne zemeljske pionirke so morale biti nekoč.
Toda obzorja jamskih raziskav segajo daleč preko našega planeta. Številni astronomi in geologi ugibajo, da sta Jupitrova luna Evropa in Mars, v katerih sta vsaka voda in podzemne razmere, podobne našim. Če lahko mikrobi preživijo tudi v težkih pogojih, zakaj ne bi bili tudi tam? "Naše delo v jamah je razširilo znane meje življenja na našem planetu, " pravi Penny Boston. "Vendar je to tudi odlična vaja za preučevanje bioloških območij na drugih planetih in spodbujanje naše domišljije, da povežemo" notranje-zemeljske "Zemlje s tistimi iz vesolja."
