Naukowcy z Deep Carbon Observatory (DCO) przekształcają nasze rozumienie życia głęboko w Ziemi, a może na innych światach. Ich odkrycia sugerują, że pod powierzchnią innych planet i księżyców może istnieć obfite życie, nawet tam, gdzie temperatury są ekstremalne, a energii i składników odżywczych mało. Odkryli również, że całe życie ukryte w głębokiej Ziemi zawiera setki razy więcej węgla niż cała ludzkość i że głęboka biosfera jest prawie dwa razy większa niż wszystkie oceany na Ziemi.
„Istniejące modele cyklu węglowego… są wciąż w toku.” - Dr Mark Lever, komitet sterujący społeczności DCO Deep Life. ”
DCO nie jest placówką, ale grupą ponad 1000 naukowców z 52 krajów, w tym geologów, chemików, fizyków i biologów. Zbliżają się do końca 10-letniego projektu mającego na celu zbadanie, w jaki sposób głęboki cykl węglowy wpływa na Ziemię. 90% węgla na Ziemi znajduje się na planecie, a DCO to nasz pierwszy wysiłek, aby naprawdę to zrozumieć.
DCO jest przedsięwzięciem globalnym. Zespoły naukowców badały niektóre z najgłębszych kopalń na Ziemi, wierciły głębiej w dno oceanu niż kiedykolwiek wcześniej i badały wulkany, starając się zrozumieć głęboki obieg węgla na Ziemi. I jeszcze nie są skończeni.
Odkryli dziwny podziemny świat, który zawiera od 245 do 385 razy więcej węgla niż cała ludzkość. Według DCO 70% bakterii i archeonów na Ziemi żyje pod ziemią i istnieje w najgłębszej znanej powierzchni. A niektóre z nich to zombie.
Niektóre z nich istnieją w środowiskach o wyjątkowo niskim zużyciu energii i składników odżywczych. Prawie w ogóle nie rosną i wydają dostępne zasoby na utrzymanie siebie, a nie na rozmnażanie. Te bakterie „zombie” mogą żyć przez miliony lat bez rozmnażania, oszałamiające odkrycie mające wpływ na historię życia na Ziemi i istnienie życia na innych światach.
Aby głębiej przyjrzeć się pracy DCO, rozmawiałem z dr. Markiem Leverem, geomikrobiologiem i profesorem Szwajcarskiego Federalnego Instytutu Technologii w Zurychu. Dr Lever jest również członkiem Komitetu Sterującego Społeczności Deep Life DCO i daje nam lepszy wgląd w pracę DCO, co przyniesie przyszłość i jakie są implikacje dla Poszukiwania Życia.
Poniżej znajdują się fragmenty e-maila z dr Leverem omawiającego głęboki cykl węglowy i życie w głębi Ziemi.
UT: Wiem, że naukowcy niechętnie spekulują zbyt wiele, nie bez powodu. Ale Magazyn Kosmiczny to przede wszystkim strona poświęcona naukom kosmicznym i wiem, że nasi czytelnicy będą się zastanawiać, jak ta wiedza odnosi się do Poszukiwania Życia w naszym Układzie Słonecznym. Mars? Lodowe księżyce? Inne światy?
ML: „Wiele mówi się o wykorzystywaniu fundamentalnych spostrzeżeń uzyskanych z badania głębokiego cyklu węglowego Ziemi do zbadania możliwości życia i obiegu węgla na innych planetach i księżycach planet w naszym Układzie Słonecznym. Podobnie jak planeta Ziemia, która ma bogatą i rozległą biosferę w swoich podpowierzchniowych skałach i osadach, planety te i ich księżyce mogą mieć płodną i różnorodną biosferę pod często nie nadającymi się do zamieszkania powierzchniami. ”
„… Nasza planeta może okazać się… doskonałym poligonem doświadczalnym dla technologii, które umożliwią odkrywanie i szczegółowe badanie życia w innym miejscu w naszym Układzie Słonecznym i poza nim.” - Dr Mark Lever.
„Wiele technologii wykorzystywanych do badania głębokiego życia na Ziemi, w tym technologie wiercenia, które zapewniają dostęp do próbek wolnych od zanieczyszczeń z kilometrów poniżej dna morskiego lub z głębokich formacji lodowych Antarktydy, a także opracowane zaawansowane narzędzia i narzędzia do automatycznego monitorowania , będzie niezbędny do zbadania tych systemów pozaziemskich. ”
„Nasza planeta może okazać się - częściowo sponsorowana przez DCO - doskonałym poligonem doświadczalnym dla technologii, które umożliwią odkrywanie i szczegółowe badanie życia w innym miejscu w naszym Układzie Słonecznym i poza nim.”
„Myślę również, że spostrzeżenia naukowe są istotne dla znalezienia i odkrycia życia na innych planetach. Jednym z głównych kierunków badań prowadzonych przez Deep Carbon Observatory jest określenie granic życia - i biologicznego obiegu węgla - na Ziemi. Jakie zmienne określają, gdzie życie może istnieć na Ziemi? Everett Shock trafnie ukuł termin „grzywka biotyczna”, aby opisać tę wyobrażoną granicę w warunkach środowiskowych, która oddziela mieszkańców od mieszkańców. ”
„Wnętrze Ziemi jest bardzo obiecującym miejscem do odkrywania tej biotycznej grzywki, ze względu na szeroki zakres warunków pod względem temperatury, pH, ciśnienia, przestrzeni porów, stężeń składników odżywczych i dostępności energii, które można tam znaleźć. Kilka wypraw (DCO) udało się wiercić w głębokich osadach i formacjach skalnych i udało się udokumentować, w jaki sposób biomasa i liczebność życia stopniowo się zmniejsza, aż życie osiągnie wartość graniczną wykrywalności.
„Jeśli życie na ciałach pozaziemskich ma taką samą lub podobną biochemię jak życie na Ziemi, wówczas zrozumienie, co kontroluje i ogranicza rozkład życia na Ziemi, może mieć znaczenie dla tych innych ciał pozaziemskich”.
„W odniesieniu do ciał planetarnych, które zaczęliśmy badać bardziej szczegółowo, nasza obecna wielkość próby wynosi 1. Stopień, w jakim nasze interpretacje są poprawne, a nawet uniwersalne, można określić jedynie poprzez badanie dodatkowych ciał planetarnych poza tym, w którym obecnie żyjemy na."
UT: Czy ta nowa wiedza na temat cyklu węglowego Ziemi i głębokiej biosfery wpłynie na nasze rozumienie zmian klimatu, nie tylko teraz, ale w głębszej przeszłości?
ML: „Celem głębokiego cyklu węglowego było poprawienie podstawowego zrozumienia cyklu węglowego od czasu powstania Ziemi. Większość tych badań ma zasadnicze znaczenie dla obecnych i przeszłych zmian klimatu, ponieważ przyczynia się do lepszego zrozumienia czynników kontrolujących wymianę węgla między „światem powierzchniowym” - atmosferą, hydrosferą i zewnętrzną warstwą litosfery - i „Głęboka podpowierzchnia”, tj. Większość planety, która leży gdziekolwiek od kilku metrów do tysięcy kilometrów poniżej najbardziej zewnętrznej warstwy litosfery. ”
„Nawet najmniejsze zmiany w wymianie węgla między światem powierzchniowym i podpowierzchniowym miałyby dramatyczne konsekwencje dla klimatu na Ziemi - w dowolnym momencie w całej historii”. - Dr Mark Lever.
„Zrozumienie tych wymian jest niezwykle ważne dla zrozumienia przeszłych, współczesnych i przyszłych zmian klimatu, ponieważ ilość węgla obecna w„ świecie powierzchni ”jest prawdopodobnie tylko jedną dziesiątą tysięczną ilości węgla obecnego w osadach podpowierzchniowych na całym świecie, i być może tylko sto milionowych ilości węgla obecnego w skorupie ziemskiej i płaszczu górnym. ”
„Nawet najmniejsze zmiany w wymianie węgla między światem powierzchniowym i podpowierzchniowym miałyby dramatyczne konsekwencje dla klimatu na Ziemi - w dowolnym momencie w całej historii”.
UT: Czy głęboka biosfera mogła odegrać rolę w odrodzeniu Ziemi po wydarzeniach wyginięcia, takich jak wymarcie permsko-triasowe? To ogromne pytanie, ale czy jest jakiś sposób, aby zrozumieć głęboką biosferę w przeszłości i jak mogła się zmieniać z czasem?
ML: „Najbardziej bezpośredni związek, jaki widzę z wyginięciem permsko-triasowym, idzie w innym kierunku: istnieją dowody na to, że mniej więcej w tym samym czasie, niezależnie od tego, czy jest to związane z dużymi uderzeniami meteorytów, czy nie, nastąpił wzrost uwalniania metanu z hydraty metanu, tj. „lód metanowy”, który tworzy się w niskiej temperaturze i pod wysokim ciśnieniem w dnie morskim. ”
„Większość metanu i hydratu metanu obecnego w dnie morskim jest prawdopodobnie wytwarzana przez mikroorganizmy żyjące od setek metrów do dna morskiego. Nagłe uwolnienie ogromnych ilości silnego metanu gazu cieplarnianego, który był wytwarzany w dużej mierze przez mikroorganizmy z głębokiej biosfery, mogło przyczynić się do wyginięcia permu i triasu. ”
„W oceanach znajdują się mikroorganizmy, które jedzą metan i oddychają tlenem. Gdy wzrosła ilość rozpuszczonego metanu, mikroorganizmy te mogły zużyć cały rozpuszczony tlen w częściach oceanów i przyczynić się do wyginięcia wielu zwierząt morskich, które potrzebują rozpuszczonego tlenu do oddychania i przetrwania. ”
UT: Ciągle myślę o głębokiej biosferze jako o „sklepieniu” ziemskiego materiału genetycznego, o rodzaju mimowolnej ochrony. Czy uważasz, że istnieje jakaś dokładność tego pomysłu?
ML: „Bardzo podoba mi się koncepcja„ sklepienia ”i myślę, że ma to sens, ponieważ niektóre typy środowiska wnętrza Ziemi, np. skały ultramaficzne, skorupa bazaltowa, prawdopodobnie pozostały dość podobne od czasu powstania około czterech miliardów lat temu. ”
„Pomysł„ skarbca ”drobnoustrojów prawdopodobnie dotyczy głównie żywych organizmów, które mają mechanizmy do naprawy swojej informacji genetycznej, tj. DNA i RNA.”
„Wydaje się mało prawdopodobne, abyśmy kiedykolwiek byli w stanie odzyskać nienaruszone sekwencje genów z najwcześniejszych żywych organizmów Ziemi w głębokiej biosferze” - dr Mark Lever, DCO.
„DNA i RNA są doskonałymi źródłami energii i składników odżywczych dla wielu mikroorganizmów, które ulegają szybkiej degradacji, jeśli zostaną uwolnione do środowiska. Są również niszczone przez spontaniczne reakcje chemiczne - zachodzące nawet w żywych komórkach. Żywe komórki mogą wykryć większość tych spontanicznych mutacji, naprawić je, a tym samym zachować nienaruszoną informację genetyczną, która pozwala im pozostać przy życiu. DNA lub RNA z martwych organizmów nie jest jednak naprawiane. ”
„Małe ilości względnie nienaruszonych sekwencji DNA lub RNA można zachować w siedliskach podpowierzchniowych na przestrzeni tysięcy lat, a czasem kilku milionów lat, ale prawdopodobnie nie dłużej. Wydaje się mało prawdopodobne, że kiedykolwiek będziemy w stanie odzyskać nienaruszone sekwencje genów z najwcześniejszych żywych organizmów Ziemi w głębokiej biosferze ”.
UT: DCO dokonał niesamowitych odkryć. Co dalej z DCO i jak według ciebie będzie to kierunek przyszłych badań głębokiej biosfery?
ML: „Okres finansowania DCO za pośrednictwem Fundacji Alfreda P. Sloana dobiega końca jesienią 2019 r. Wielka konferencja końcowa odbędzie się w National Academy of Sciences w Waszyngtonie w październiku przyszłego roku, podczas której 10 lat istnienia DCO będą obchodzone i będą badane przyszłe kierunki głębokiej nauki związanej z węglem. ”
„Naukowcy z DCO prowadzą wiele dyskusji na temat sposobów utrzymania tej różnorodnej, interdyscyplinarnej społeczności geofizyków, geologów, geochemików i mikrobiologów. Jednym z wydarzeń, które nas zbliżą, będzie konferencja Gordon Research „Deep Carbon Science”, która odbyła się po raz pierwszy latem 2018 r. I - ze względu na swój wielki sukces - planowana jest co dwa lata. ”
„Jednym z ważnych kierunków jest znaczenie trzęsień ziemi we wspieraniu głębokiej biosfery. Trzęsienia ziemi tworzą nowe siedlisko dla mikroorganizmów poprzez pękanie skorupy ziemskiej i umożliwianie drobnoustrojom kolonizacji tych pęknięć i uzyskiwania dostępu do źródeł energii pochodzących ze skał, takich jak zredukowane żelazo. Trzęsienia ziemi pompują również głęboko pozyskiwane płyny, które są bogate w mikrobiologiczne substraty energetyczne, takie jak wodór lub metan, z niezamieszkałego wnętrza Ziemi do płytszych stref mieszkalnych, a tym samym mogą umożliwić rozprzestrzenianie się głębokiego życia w cyklach boomu i biustu w regionach sejsmicznie aktywnych. ”
UT: Co według Ciebie jest najbardziej ekscytującym odkryciem pochodzącym z DCO?
„… Okno możliwości fundamentalnych odkryć naukowych dotyczących cyklu węglowego na Ziemi pozostaje ogromne”. - Dr Mark Lever, DCO.
„Dla mnie najbardziej ekscytującym odkryciem jest być może to, że strumień wulkaniczny CO2 do atmosfery jest dwa razy większy niż wcześniej sądzono. To odkrycie - podobnie jak wiele innych opracowanych przez DCO - pokazuje, że istniejące modele cyklu węglowego, w szczególności w odniesieniu do wymiany węgla między światem powierzchniowym i podpowierzchniowym, są nadal w toku. W związku z tym szanse na fundamentalne odkrycia naukowe dotyczące cyklu węglowego na Ziemi pozostają ogromne ”.
- Witryna Deep Carbon Observatory
- Strona internetowa Centrum Badań nad Biosferą Ciemnej Energii
- Komunikat prasowy DCO: Życie w głębokich ziemiach ogółem 15 do 23 miliardów ton węgla - setki razy więcej niż ludzie
