Deep Carbon Observatoryn (DCO) kanssa tutkijat muuttavat käsitystämme elämästä syvällä maapallon sisällä ja ehkä myös muissa maailmoissa. Heidän löytönsä viittaavat siihen, että muiden planeettojen ja kuukausien pinta-alassa voi olla runsaasti elämää, jopa silloin, kun lämpötilat ovat äärimmäiset ja energiaa ja ravinteita on niukasti. He ovat myös havainneet, että koko syvässä maassa piilotettu elämä sisältää satoja kertoja enemmän hiiltä kuin koko ihmiskunta ja että syvä biosfääri on melkein kaksinkertainen maan kaikkien valtamerten tilavuuteen.
"Nykyiset hiilisyklin mallit ovat edelleen keskeneräisiä töitä." - Dr. Mark Lever, DCO: n Deep Life -yhteisön ohjauskomitea. ”
DCO ei ole laitos, vaan yli 1000 tutkijan ryhmä 52 maasta, mukaan lukien geologit, kemikot, fyysikot ja biologit. He ovat lähellä 10-vuotisen projektin loppua tutkimaan kuinka syvän hiilen kierto vaikuttaa maan päälle. 90% maan hiilestä on planeetan sisällä, ja DCO on ensimmäinen pyrkimyksemme ymmärtää sitä todella.
DCO on maailmanlaajuinen yritys. Tutkijaryhmät ovat tutkineet joitain maapallon syvimmistä miinoista, poranneet syvemmälle merenpohjaan kuin koskaan ennen ja tutkinut tulivuoria pyrkiessään ymmärtämään maan syvää hiilikiertoa. Ja he eivät ole vielä valmis.
He ovat löytäneet omituisen maanalaisen maailman, joka sisältää 245 - 385 kertaa niin paljon hiiltä kuin koko ihmiskunta. DCO: n mukaan 70% maapallon bakteereista ja arhaasta elää maan alla, ja ne ovat syvimmässä tunnetussa maanpinnassa. Ja jotkut heistä ovat zombeja.
Jotkut niistä esiintyvät ympäristöissä, joissa on erittäin vähän energiaa ja ravinteita. He tuskin kasvavat ollenkaan ja käyttävät käytettävissä olevat resurssit itsensä ylläpitämiseen eikä lisääntymiseen. Nämä "zombie" -bakteerit voivat elää miljoonia vuosia lisääntymättä, upea löytö, jolla on vaikutuksia maapallon elämän historiaan ja elämän olemassaoloon muissa maailmoissa.
Tutkiessani syvällisemmin DCO: n työtä, puhuin tohtori Mark Leverille, geomikrobiologille ja sveitsin liittovaltion Zürichin teknillisen instituutin professorille. Tohtori Lever on myös DCO: n Deep Life -yhteisön ohjauskomiteassa, ja hän antaa meille enemmän tietoa DCO: n työstä, siitä, mitä tulevaisuus omistaa ja mitä vaikutuksia elämänhakuun on.
Seuraava on katkelma tohtori Leverin lähettämästä sähköpostihaastattelusta, jossa keskustellaan syvän hiilisyklin ja elämän syvyydestä maan sisällä.
UT: Tiedän, että tutkijat ovat haluttomia spekuloimaan liikaa, syystä. Mutta Space Magazine on ensisijaisesti avaruustieteellinen verkkosivusto, ja tiedän, että lukijamme ihmettelevät, kuinka tämä tieto liittyy elämänhakuun aurinkokuntamme. Mars? Jääkuukaudet? Muut maailmat?
ML: ”Maan syvän hiilen kiertokysymyksistä saatujen perustietojen hyödyntämisestä on puhuttu paljon, jotta tutkitaan asettamiskelpoisuutta ja hiilen kiertämistä muilla planeetoilla ja planeettakuukausilla aurinkokuntamme sisällä. Samoin kuin Planet Earthilla, jolla on rikas ja laaja biosfääri maanalaisessa kallio- ja sedimenttiympäristössään, näillä planeetoilla ja niiden kuukuilla voi olla monipuolinen ja monipuolinen biosfääri niiden usein asumattomien pintojen alla. "
"... planeettamme saattaa osoittautua ... täydelliseksi testialueeksi tekniikoille, jotka mahdollistavat elämän löytämisen ja yksityiskohtaisen tutkimuksen muualla aurinkokuntamme järjestelmässä ja sen ulkopuolella." - Tohtori Mark Lever.
”Monet maapallon syvän elämän tutkimiseen käytetyistä tekniikoista, mukaan lukien porausmenetelmät, jotka tarjoavat pääsyn saastuttamattomiin näytteisiin merenpohjan alapuolelta tai syvien Antarktisen jään muodostelmien alapuolelta, sekä kehitettyjä hienostuneita automatisoituja seurantavälineitä ja -välineitä. , on välttämätöntä tutkiessaan näitä maan ulkopuolisia järjestelmiä. "
"Maapalloltamme saattaa osoittautua - osittain DCO: n sponsoroima - täydellinen testauskenttä tekniikoille, jotka mahdollistavat elämän löytämisen ja yksityiskohtaisen tutkimuksen muualla aurinkokuntamme järjestelmässä ja sen ulkopuolella."
”Mielestäni tieteelliset oivallukset ovat merkityksellisiä myös muiden planeettojen elämän löytämiselle ja löytämiselle. Yksi Deep Carbon Observatoryn tutkimuksen pääkohteista on tunnistaa elämän ja biologisen hiilen kiertämisen rajat maan päällä. Mitkä muuttujat määräävät, missä elämää voi olla tai ei voi olla maan päällä? Everett Shock on sopivasti loi termin "bioottinen reuna" kuvaamaan sitä kuvitteellista rajaa ympäristöolosuhteissa, joka erottaa asutettavan asuttamattomasta. "
”Maapallon sisustus on erittäin lupaava paikka tutkia tätä bioottista reunaa, koska sieltä löytyy laaja lämpötila, pH, paine, huokostila, ravinnepitoisuudet ja energian saatavuus. Useat (DCO) -retkinnät ovat onnistuneet tutkimaan syviä sedimenttejä ja kivimuodostelmia ja pystyneet dokumentoimaan kuinka biomassa ja elämän runsaus vähenevät vähitellen, kunnes elämä on lähellä havaintorajaa tai sen alapuolella. "
"Jos maapallon ulkopuolisten elinten elämässä on sama tai samanlainen biokemia kuin maapallon elämässä, niin ymmärryksellä siitä, mikä hallitsee ja rajoittaa elämän jakautumista maan päällä, on todennäköisesti merkitystä näille muille maapallon ulkopuolisille ruumiille."
”Mitä tulee planeettakappaleisiin, joita olemme alkaneet tutkia yksityiskohtaisemmin, nykyinen näytteemme koko on 1. Se, missä määrin tulkinnomme ovat oikein tai jopa yleismaailmallisia, voidaan määrittää vain tutkimalla muita planeettakappaleita nykyisen elämää pidemmälle. päällä."
UT: Vaikuttaako tämä uusi maapallon hiilisyklin ja syvän biosfäärin tuntemus ilmastomuutoksen ymmärtämisen paitsi nyt myös syvemmälle menneisyyteen?
ML: ”Syvän hiilisyklin tavoitteena on ollut parantaa hiilen kiertonopeuden ymmärrystä maapallon muodostumisen jälkeen. Suurin osa tästä tutkimuksesta on pohjimmiltaan merkityksellistä nykyisille ja aiemmille ilmastomuutoksille, koska se auttaa ymmärtämään paremmin tekijöitä, jotka säätelevät hiilen vaihtoa "pintamaailman" - ilmakehän, hydrosfäärin ja litosfäärin uloimman kerroksen - ja "Syvä pinta", eli suurin osa planeetasta, joka sijaitsee muutamasta metristä tuhansiin kilometreihin litosfäärin uloimman kerroksen alapuolella. "
"Jopa pienillä muutoksilla pinta- ja maanalaisen maailman välisissä hiilenvaihdoissa olisi dramaattisia vaikutuksia maan ilmastoon - milloin tahansa sen historian aikana." - Tohtori Mark Lever.
"Näiden vaihtojen ymmärtäminen on erittäin tärkeää menneiden, nykyisten ja tulevien ilmastomuutosten ymmärtämiseksi, koska" pintamaailmassa "läsnä olevan hiilen määrä on todennäköisesti vain kymmenestuhannesosa hiilimäärästä, jota esiintyy maanpinnan sedimenteissä, ja ehkä vain sadas miljoonaosa hiilen määrästä, joka on läsnä maapallon kuoressa ja ylemmässä vaipassa. "
"Jopa pienillä muutoksilla pinta- ja maanalaisen maailman välisissä hiilenvaihdoissa olisi dramaattisia vaikutuksia maan ilmastoon - milloin tahansa sen historian aikana."
UT: Voisiko syvällä biosfäärillä olla merkitystä maan palautumisessa sukupuuttoon johtaneiden sukupuuttoon liittyvien tapahtumien, kuten Permia-Triassan sukupuuttoon? Se on valtava kysymys, mutta onko olemassa tapoja ymmärtää syvän biosfäärin historiaa ja miten se on saattanut muuttua ajan myötä?
ML: ”Suoram yhteys, jonka voin nähdä Permia-Triassan sukupuuttoon, menee toiseen suuntaan: on todisteita siitä, että suunnilleen samanaikaisesti metaanin vapautuminen lisääntyi siitä riippumatta siitä, liittyivätkö suuret meteoriset vaikutukset vai ei. metaanihydraatit, eli ”metaanijää”, joka muodostuu alhaisessa lämpötilassa ja korkeassa paineessa merenpohjassa. ”
”Suurimman osan metaanista ja metaanihydraatista, jota on merenpohjassa, tuottavat todennäköisesti mikro-organismit, jotka elävät metreistä satoihin metriin merenpohjan alapuolelle. Suurten määrien voimakkaan kasvihuonekaasujen metaanin, joka oli syvän biosfäärin mikro-organismien tuottamia, äkillinen vapautuminen on saattanut vaikuttaa Perman ja Triassan sukupuuttoon. "
”Valtamereissä on mikro-organismeja, jotka syövät metaania ja hengittävät happea. Kun liuenneen metaanin määrä kasvoi, nämä mikro-organismit ovat saattaneet käyttää kaiken liuenneen hapen valtameren osissa ja myötävaikuttaneet monien merieläinten sukupuuttoon, jotka vaativat liuenneen hapen hengittämistä ja selviytymistä. "
UT: Ajattelen syvää biosfääriä eräänlaisena "holvina" maalliselle geneettiselle materiaalille, eräänlaisena tahattomana säilyttämiseksi. Luuletko, että ajatuksella on mitään tarkkuutta?
ML: “Pidän erittäin hyvin“ holvista ”-konseptia, ja mielestäni se on järkevää, koska tietyt maapallon sisätilatyypit, esimerkiksi erittäin pienikivet, basaltti kuori, ovat todennäköisesti pysyneet melko samanlaisina elämän alkuperästä lähtien noin neljä miljardia vuotta sitten. "
"Mikrobinen" holvi "-idea koskee todennäköisesti pääasiassa eläviä organismeja, joilla on mekanismeja geneettisen tiedon, ts. DNA: n ja RNA: n korjaamiseksi."
"Vaikuttaa epätodennäköiseltä, että pystymme koskaan palauttamaan ehjät geenisekvenssit maan varhaisimmista elävistä organismeista syvässä biosfäärissä." - tri Mark Lever, DCO.
”DNA ja RNA ovat erinomaisia energian ja ravinteiden lähteitä monille mikro-organismeille, ja nämä hajottavat ne nopeasti, jos ne vapautuvat ympäristöön. Ne tuhoutuvat myös spontaaneilla kemiallisilla reaktioilla - joita tapahtuu jopa elävissä soluissa. Elävät solut voivat havaita suurimman osan näistä spontaaneista mutaatioista, korjata ne ja ylläpitää siten ehjää geneettistä tietoa, jonka avulla ne voivat pysyä hengissä. Kuolleiden organismien DNA: ta tai RNA: ta ei kuitenkaan korjata. "
”Pieniä määriä suhteellisen ehjiä DNA- tai RNA-sekvenssejä voidaan säilyttää maanpinnan elinympäristöissä tuhansien vuosien ajan, tai joskus muutaman miljoonan vuoden ajan, mutta mahdollisesti ei pidempään. Vaikuttaa epätodennäköiseltä, että pystymme koskaan palauttamaan ehjät geenisekvenssit maan varhaisimmista elävistä organismeista syvässä biosfäärissä. "
UT: DCO on tehnyt upeita löytöjä. Mitä DCO: lla on seuraavaksi, ja mikä on mielestäsi suunta tulevaisuuden syvän biosfäärin tutkimukselle?
ML: ”DCO: n rahoitusjakso Alfred P. Sloan -säätiön kautta on päättymässä syksyllä 2019. Washington DC: n kansallisessa tiedeakatemiassa pidetään ensi lokakuussa suuri loppukonferenssi, jossa 10 vuotta DCO: n olemassaolosta juhlitaan ja tutkitaan tulevaisuuden suuntauksia syvälle hiilidioksidityölle. "
”DCO: n tutkijoiden keskuudessa käydään paljon keskusteluja siitä, miten ylläpitää tätä monimuotoista, monitieteellistä geofysiikkojen, geologien, geokemien ja mikrobiologien yhteisöä. Yksi tapahtuma, joka vie meidät yhä pidemmälle, on Gordonin tutkimuskonferenssi, jonka aiheena on syvän hiilen tiede, joka järjestettiin ensimmäistä kertaa kesällä 2018, ja sen suuren menestyksen vuoksi on tarkoitus tapahtua joka toinen vuosi tästä eteenpäin. ”
”Yksi tärkeä suunta on maanjäristysten merkitys syvän biosfäärin tukemisessa. Maanjäristykset luovat uuden elinympäristön mikro-organismeille hajottamalla maankuoren ja sallimalla mikrobien kolonisoida nämä murtumat ja käyttää kivistä peräisin olevia energialähteitä, kuten vähentynyttä rautaa. Maanjäristykset pumppaavat myös syvältä peräisin olevia nesteitä, joissa on runsaasti mikrobienergia-substraatteja, kuten vetyä tai metaania, asumattomasta maapallon sisätilasta matalampiin, asutettavissa oleviin vyöhykkeisiin, ja voivat siten antaa syvälle elämälle lisääntyä puomi- ja rintakierrossa seismisesti aktiivisilla alueilla. ”
UT: Mikä on henkilökohtaisesti mielestäsi DCO: n mielenkiintoisin löytö?
"... Mahdollisuuksien ikkuna perusteellisille tieteellisille löytöille maan hiilikierrosta on edelleen suuri." - Tohtori Mark Lever, DCO.
”Mielestäni mielenkiintoisin havainto on ehkä se, että hiilidioksidin virtaama ilmakehään on kaksi kertaa niin suuri kuin aiemmin ajateltiin. Tämä havainto - kuten monien muidenkin DCO: n muiden kanssa - osoittaa, kuinka nykyiset hiilisyklin mallit, etenkin suhteessa hiilen vaihtamiseen pinta- ja maanpinnan välillä, ovat edelleen keskeneräisiä. Tämän seurauksena maapallon hiilisykliä koskevien tieteellisten keksintöjen mahdollisuuksien ikkuna on edelleen suuri. "
- Deep Carbon Observatory -verkkosivusto
- Pimeän energian biosfääritutkimuskeskuksen verkkosivusto
- DCO: n lehdistötiedote: Elämä syvässä maassa yhteensä 15–23 miljardia tonnia hiiltä - satoja kertoja enemmän kuin ihmisiä
