Földkéreg

A Belső Föld egzotikus életformákkal küszködik Tudomány

Ősi baktériumok a Föld felszínének közel két mérföldről: ez rajzolt először Tullis Onstott hogy a legvalószínűtlenebb helyeken kezdje meg életkeresését. A geomikrobiológus éppen részt vett az Egyesült Államok Energiaügyi Minisztériumának 1992-es ülésén, amely a 200 millió évnél idősebbnek számító sziklákról szólt - idősebb, mint a legtöbb dinoszaurusz. Ezeket az őskori sziklákat egy gázkutató kútból tárták fel, és kiderült, hogy baktériumok hemzsegnek.

Ez számomra nagyon elképesztő volt, mondja a Princetoni Egyetem Onstott-ja. Az az ötlet, hogy ezek a baktériumok már a dinoszauruszok korát megelőzően lerakódásuk óta élnek ezekben a triász kőzetekben, ez az ötlet elkapta a kedvemet, mondja.



Ezek a sziklák voltak az első jelentős bizonyíték arra, hogy az élet mérföldekkel a föld alatt létezik, és megindították a kutatók erőfeszítéseit az úgynevezett mély felszín alatti élet tanulmányozására. Az elmúlt 20 év során Onstott és mások azt tapasztalták, hogy sokkal több vendégszeretet nélküli helyen nagyobb az életváltozás, mint bárki elképzelte.



Mély életet találtak az egész világon és különféle körülmények között - olajmezőkön és aranybányákban, Grönland és az Antarktisz jégtakarói alatt, valamint az óceán feneke alatt található üledékekben és sziklákban. Ezek a helyek rendkívül ellenséges környezetek lehetnek, a felszínen a nyomás 10–100-szorosa. A hőmérséklet a fagy közeli és több mint 140 Fahrenheit fok között változhat.

Legalább egy mérföldre a felszín alatt nincs napfény és nagyon kevés az oxigén. Ezekben a szigorú környezetekben a teremtményeknek meg kell kaparintaniuk a megélhetést minden olyan energiától, amelyet a környezetükből gyűjthetnek. Ez azt jelenti, hogy az élet ritmusa odalent néha hihetetlenül lassú lehet. Ezeknek a mikrobáknak ezerszer vagy milliószor kevésbé lehet bőséges, mint testvéreikkel a föld felett. És némelyik több száz, ezer vagy akár több millió éve létezhet - valódi mikroszkopikus Metuzálák.



A mélység ezen teremtményei sokfélék, baktériumokból és más egysejtű szervezetekből állnak, amelyeket archaea-nak neveznek. Még többsejtű állatok is vannak mérföldekkel a felszín alatt, beleértve az apró férgeket, az úgynevezett fonálférgeket.

Ami meglepő volt, amikor folytatjuk a mély rejtett univerzum felfedezését, az az, hogy odabent bonyolultabb, mint azt elképzelni tudtuk volna, amikor a 90-es években elkezdtük vizsgálni a triász mintákat - mondja Onstott.

Ez a bonyolultság lehetőségek világát nyitotta meg a kutatók előtt, a mérgező hulladékok kitisztításától a földön kívüli élet kereséséig. Ezen mély organizmusok egy része közvetlenül fémekkel és ásványi anyagokkal táplálkozik, és az arzén, az urán és a mérgező fémek szintjének növelésével vagy csökkentésével befolyásolhatja a felszín alatti vizeket. A tudósok remélik, hogy ezek a baktériumok hamarosan alkalmazhatók az ilyen káros anyagok befogására vagy eltávolítására olyan dolgokból, mint a bányából szivárgó szennyvíz.



De talán a leginkább elkeserítő az az elképzelés, hogy a mélyen fekvő körülmények annyira idegenek, hogy nyomokat adhatnak a kutatóknak arról, hogy hol találják meg a földönkívüli életet - és hogy nézhet ki ez az élet.

Közvetlenül kapcsolódik ahhoz, hogy létezhet-e élet a Mars felszíne alatt - mondja Onstott. Valójában ez vonzott ebbe a mezőnybe az indulástól, és még mindig hajtóerő számomra.

A szélsőséges környezetek és az élőlények viszonylagos szűkössége között a kutatók nagy hosszúsággal és mélységgel vizsgálják ezeket a mikrobákat. Bányákba és barlangokba merészkednek, vagy fúrókkal vesznek mintákat a földi területek vagy az óceán feneke alól. Bizonyos területeken akár egyetlen minta megszerzése több napig is eltarthat. Menni a föld végére és fúrni, vagy az Északi-sarkra menni és egy mérföldnyire föld alá jutni, hogy mintát szerezzünk, ez nem könnyű - mondja Onstott.

A pokoli mélységek vizsgálata

Majdnem egy mérföldnyire a Föld felszíne alatt, a dél-afrikai Beatrix aranybánya mélyén, Maggie Lau életet keres. Forró és párás, és csak a fényszórók törik meg a sötétséget, amikor Lau, a Princetoni Egyetem Onstott csoportjának geomikrobiológusa fúrásokból gyűjti a vizet. Ezek olyan lyukak, amelyeket a geológusok fúrtak a sziklába, és a bányászati ​​műveletek előtt gáz- és víztartó zsebeket kerestek. A Lau egy üvegcsét választ ki gáz- és vízmintákkal, amelyek térfogata kevesebb, mint egy teáskanálnyi érték és alig több mint két pint.

Maggie Lau.jpg

Maggie Lau a fúróvizet gyűjti egy fiolába, amely több mint két mérföldre van a Föld felszíne alatt, a dél-afrikai TauTona aranybányában.(Francois Vermeulen (geotudományi menedzser, AngloGold Ashanti Limited))

A Lau által gyűjtött gáz felfedheti, hogy mennyire ősi a víz. Az általam vizsgált minták körülbelül 40–80 000 évesek, mondja. A víz a felszínről származhat, és repedéseken keresztül csöpögött le évezredek, vagy akár több millió év alatt, és a mikroorganizmusokat akár a felszínről, akár a felszín sekélyebb területeiről hozta magával.

A vízzel ellentétben Lau gyorsabb és drámaibb utat tesz meg a kutatóhely felé. A bánya aknáján egy ketrecben halad lefelé - amely alig egy perc alatt esik le egy mérföldről -, majd megtöltött hátizsákkal egy vagy több mérföldet sétál. Egyes alagutak megkövetelik, hogy a kutatók mászkáljanak, a csomagjaikat maguk mögött húzzák, vagy elárasztott szakaszokon a térd- vagy combmagasságú vizeken gázoljanak át. Alkalmanként a lift-ketrec nem áll rendelkezésre egy nehéz munka után, és Lau-nak és Onstottnak vissza kell mennie a lépcsőn. Viccelődtünk, hogy ez olyan, mint egy lépcső a mennybe, mondja.

A pokoli mélységben, ahol a víz elérheti a 130 Fahrenheit fokot, és maguk a sziklák is gyakran melegek tapintásúak, nem sok élet található. Hogy minél több élő sejtet gyűjtsön elemzéséhez, Lau otthagy néhány injekciós üveget, hogy több hét vagy néhány hónap alatt több száz-ezer liter vizet szűrjön le.

Körülbelül egy mérföldnyire a felszín alatt Lau általában 1000–10 000 sejtet talál kevesebb, mint egy teáskanálnyi vízben. Ez soknak tűnhet, de a háztáji csipetnyi talaj 100 000 - milliószor annyi cellát tartalmazhat. Egy mérföldnél több föld alatt lévő helyeken teáskanálnyi víznél csak 500 sejt lehet. Lau becslései szerint 200 napig folyamatosan szűrnie kellett a vizet, hogy elegendő DNS-t és RNS-t kapjon elemzéséhez.

Nehéz lehet baktériumfajokat növeszteni a laboratóriumban anélkül, hogy tudnánk az elfogyasztott ételeket vagy a pontos körülményeket, amelyek mellett boldogulnak. A tudósok csak a baktériumok körülbelül egy százalékát tudták növeszteni, amelyeket a mélyterületükön találtak. Ennek eredményeként a legtöbb faj csak egyedi molekuláris aláírásaik alapján ismert - és a DNS- vagy RNS-szekvenálás rengeteg, korábban azonosítatlan baktériumot tárt fel a kutatók által odalent összegyűjtött mintákban.

Ez az időintervallumú videó azt mutatja, hogy a kutatók mintákat gyűjtenek egy dél-afrikai aranybányában. (készítette: Gaetan Borgonie)

Legutóbb Lau egy lépéssel túlmutat azon, hogy megtudja, mi él odalent - tudni akarja, mit keresnek a megélhetésért. Napfény és növények nélkül, hogy fotoszintézis útján csapdába ejtsék a nap energiáját, ezeknek a mélyen élő baktériumoknak a kőzetek és a víz kémiai reakcióiból származó energián kell túlélniük. Ezek a reakciók hidrogént, metánt és szulfátokat eredményezhetnek, és a tudósok úgy gondolták, hogy ez a három vegyi anyag táplálja az ebben a mélyben élő baktériumok többségét.

Meglepetésére Lau megállapította, hogy ez nem így van. Ehelyett a vegyi anyagok csak a baktériumok kisebb részét tartják fenn, amelyek aztán ként és nitrátokat termelnek. Az ilyen másodlagos vegyi anyagokkal táplálkozó baktériumok domináltak ezekben a környezetekben.

Ez azt jelenti, hogy amikor mély életet keresnek a Földön vagy más világokon, a tudósoknak az anyagcsere-reakciók szélesebb skáláját kell keresniük. Ne csak a néhány nagy folyamatra koncentráljon. Nyitottabbnak kellene lennünk ahhoz, hogy a teljes és teljes anyagcsere-tájat nézzük - mondja Lau.

Az a legizgalmasabb dolog, hogy valóban láthatjuk, mit csinálnak odalent odalent. Ez az, amit mindig is szerettünk volna csinálni, és megpróbáltuk kitalálni, hogyan kell csinálni az elmúlt 20 évben, és most végre csináld - mondja Onstott.

[Lau] első pillanatképe olyan, mintha az első képet visszakapnánk a Marsról, vagy valami hasonló, hihetetlen - teszi hozzá.

Igazi állatkert

Ahol zsákmány van, általában ragadozók vannak. És a baktériumok ízletes ételt készítenek sok lény számára.

Mikor Gaetan Borgonie hallott ezekről a mély baktériumokról, arra gondolt, vajon talál-e ugyanabban a földalatti helyen fonálférgeknek nevezett férgeket - amelyek baktériumokkal táplálkoznak. Borgonie, a belgiumi Gentbrugge-i Extreme Life Isyensya zoológusa 20 évig dolgozott ezen a férgeken. Tudta, hogy a fonálférgek sokféle körülményt képesek túlélni a felszínen, beleértve a rendkívül meleg vagy hideg hőmérsékleteket és a nagyon alacsony oxigénszintet, így elméletileg jól voltak alkalmasak a mélyen fekvő körülményekre.

Borgonie behívta Onstottot, aki meghívta, hogy jöjjön felfedezni a dél-afrikai bányákat. De nem volt könnyű megtalálni ezeket a férgeket. Noha a felszínen nagyon bőségesek, a bányákban Borgonie-nak több mint 2500 liter vizet kellett mintavételeznie egyetlen fonálféreg megtalálásához. Valójában meg kell változtatnia gondolkodásmódját, és a felszínről el kell hagynia azt, amit tud, mert a föld alatt más bolygó van, mondja.

bordó felfedezte nagy számú fonálféreg a bányákban 3000–12 000 éves fúrásokból származó vízben él, valamint cseppkövekben lóg a bánya alagútjain. Ezek között volt egy új faj, amelyet csaknem egy mérföldnyire találtak a felszín alatt, és egy másik, azonosítatlan féreg, amely több mint két mérföldre lejjebb élt. Ezek az állatok voltak az első bizonyítékai a soksejtű, eukarióta életnek ilyen mélyen, mondja Borgonie.

Az ilyen mélységekben található egyedi baktériumokkal ellentétben a férgek túlnyomó része a felszínen található fajokhoz tartozott. Ezek az állatok már megszokták a stresszt, és azok, akik a felszínen opportunisták, nagyon jól teljesítenek a föld alatt - mondja Borgonie.

A mély körülmények valóban kínálhatnak bizonyos előnyöket, tekintettel a stabil körülményekre és a férgek ragadozóinak hiányára. Számukra ez olyan, mint egy ünnep, mondja Borgonie.

Baktériumok.jpg

A fehér nyilak a dél-afrikai kopanangi aranybánya fúróvízében található biofilmekben található baktériumokra mutatnak.(Gaetan Borgonie)

Meggyőződve arról, hogy még több ilyen lénynek kell élnie a bányákban, Borgonie két évig hagyta mintavételi felszerelését a dél-afrikai Driefontein aranybányában, hogy több mint hárommillió liter vizet szűrjen - ez elegendő majdnem öt olimpiai méretű medence feltöltéséhez.

mi a kulacs kihívása

Ekkor találtuk meg az egész állatkertet, mondja Borgonie. Több más többsejtű organizmust azonosított, köztük laposférgek és szegmentált férgek, valamint rákfélének tűnő . E fajok szinte mindegyike túlélte a baktériumok fogyasztását.

Ezeknek az organizmusoknak a felfedezése biztató a földönkívüli életet kereső tudósok számára - mondja Borgonie. Szerintem nagyon jó, hogy ilyen hatalmas ökoszisztémát találunk a föld alatt, mondja. Ha be tudjuk bizonyítani, hogy a föld alatt korlátlanul képesek túlélni, akkor ez nagyon jó hír lehet azoknak az embereknek, akik életet keresnek a Marson.

Nagyon szeretném [végezni] ezt a munkát a Mars bolygón, mondja. Ezért mindig azt mondom, ha valaha adnak egyirányú jegyet a Marsra, akkor elmentem.

Az idegen mély

Lehet, hogy Borgonie-nak még nincs jegye, de a közelgő űrkutatási küldetések jobb képet adhatnak arról, hogy a Naprendszer más részei támogathatják-e az életet.

Az egyik dolog, ami optimizmust adott az embereknek az asztrobiológiában, az a megállapítás, hogy vannak olyan organizmusok, amelyek fennmaradhatnak az általunk nagyon extrém körülményeknek tartott körülmények között - mondja. Tori Hoehler , a NASA Ames Kutatóközpontjának asztrobiológusa. Hoehler tagja a NASA Asztrobiológiai Intézet Rock-Powered Life csapatának, amely azt vizsgálja, hogy a különféle kőzetek és a víz közötti reakciók elegendő energiát generálhatnak-e az élet támogatásához.

Az egyik legelterjedtebb élőhely, amely odakinn elérhető, a kőzet és a víz határozza meg, mondja Hoehler. Elképzelheti, hogy a víztartó rétegek mélyen a Mars felszíne alatt ülnek, vagy az óceánok elcsúsznak a Jupiter Europa-hold vagy a Szaturnusz Enceladus-hold sziklás kérgéje felett - mondja.

A NASA Europa többszörös repülési küldetés várhatóan a következő öt-tíz évben indul, a tudósoknak jobb képet fog adni arról, hogy a Jupiter jeges holdján vannak-e olyan környezetek, amelyek támogatják az életet. Ami a Marsot illeti, a kutatók nem azt kérdezték, hogy találnak-e lakható környezetet, hanem arra, hogy valóban az élet bizonyítékát keressék - mondja Hoehler.

Annak ellenére, hogy a marsi felszín körülményei jelenleg rendkívül barátságtalanok az élet szempontjából, úgy tűnik, hogy a bolygón a múltban valamikor volt légkör és felszíni víz. Ha az élet akkor fejlődött volna, átterjedhetett volna a marsi felszínre, ahol a környezet akkor is stabil maradt, amikor a felszín ellenséges lett. Lehetséges, hogy az élet továbbra is mélyen a föld alatt van, és várja, hogy kiássuk.

Exomars2010lower.jpg

A művész az ESA ExoMars Rover-jének renderelését végzi, amely egy fúrót hordoz, amelynek célja a szondázás 6,5 lábnyira a marsi felszín alatt.(HOGY)

Nem kell túl sokáig várnunk, hogy első pillantást nyerjünk a marsi felszín alá. Az Európai Űrügynökség 2018 ExoMars küldetés körülbelül hat méterre fúr a marsi felszín alatt, hogy életjeleket keressen. Ez nem biztos, hogy elég mély ahhoz, hogy élő organizmusokat találjon, de a felszín alatt kell lennie ahhoz, hogy bizonyítékot találhassunk az életre.

Több mint 20 éve, hogy az ősi baktériumok először bepillantást engedtek a Föld mély életébe, Onstott alig várja, hogy lássa, mit találunk a Marson, különösen, ha a tudósok egy kicsit mélyebbre áshatnak.

Ha van egy édes folt a Marson, valahol, ahol éppen megkapja a hőmérséklet és a víz megfelelő egyensúlyát, akkor előfordulhat, hogy organizmusok maradnak fenn ilyen körülmények között.

Tudjon meg többet erről a kutatásról és még többet a Mélyszén Obszervatórium .



^