Drevne bakterije s gotovo dvije milje ispod Zemljine površine: to je ono što je prvo nacrtalo Tullis Onstott da započne svoju potragu za životom na najnevjerovatnijim mjestima. Geomikrobiolog je upravo prisustvovao sastanku američkog Ministarstva energetike 1992. godine o stijenama za koje se procjenjuje da su starije od 200 milijuna godina - starije od većine dinosaura. Ove pretpovijesne stijene su iskopane iz bunara za istraživanje plina, a pokazalo se da su pune bakterija.
Povezani sadržaj
- Tajanstveni marsovski "karfiol" mogao bi biti najnoviji savjet o vanzemaljskom životu
- Desetljetna potraga za bušenjem u plahtu Zemlje koja bi uskoro mogla upasti u prljavštinu
"To je za mene bilo prilično nevjerojatno", kaže Onstott sa sveučilišta Princeton. "Ideja da ove bakterije žive u tim trijanskim stijenama otkad su odložene u doba prije dinosaurusa, ta me ideja zarobila", kaže on.
Ove su stijene bile jedan od prvih značajnih dokaza da je život postojao miljama pod zemljom, pa su uskočili napore istraživača da proučavaju život u takozvanom dubokom podzemlju. Tijekom posljednjih 20 godina, Onstott i drugi otkrili su da postoji veći raznolikost života na mnogo neugodnijim mjestima nego što je itko i zamislio.
Dubok je život pronađen širom svijeta i pod različitim uvjetima - u naftnim poljima i rudnicima zlata, ispod ledenih ploča na Grenlandu i Antarktiku, u sedimentima i stijenama ispod dna oceana. Ta mjesta mogu biti izuzetno neprijateljska okruženja, s pritiscima 10 do 100 puta većim od površine. Temperature se mogu kretati od blizu smrzavanja do više od 140 stupnjeva Fahrenheita.
Kilometar ili više ispod površine nema sunčeve svjetlosti i vrlo malo kisika. U tim strogim okruženjima bića moraju istresti život s bilo kojom energijom koju mogu prikupiti iz svoje okoline. To znači da tempo života tamo dolje ponekad može biti nevjerojatno spor. Ti mikrobi mogu biti tisuću ili milijun puta manje obilni nego njihova braća iznad zemlje. A neki su možda postojali stotine, tisuće ili čak milijune godina - pravi mikroskopski Metuzalemi.
Ova duboka stvorenja su raznolika, sastoje se od bakterija i drugih jednoceličnih organizama zvanih arheje. Ima čak višećelijskih životinja miljama ispod površine, uključujući sitne crve zvane nematode.
„Ono što je iznenadilo dok nastavljamo istraživati ovaj duboko skriveni svemir, jest da je tamo dolje složeniji nego što smo mogli zamisliti kada smo u 90-ima počeli gledati uzorke iz trijasa“, kaže Onstott.
Ta složenost otvorila je svijet mogućnosti za istraživače, od čišćenja otrovnog otpada do potrage za izvanzemaljskim životom. Neki od tih dubokih organizama izravno se hrane metalima i mineralima, a mogu utjecati na podzemne vode povećavajući ili smanjujući razinu arsena, urana i toksičnih metala. Znanstvenici se nadaju da će se ove bakterije uskoro moći prilagoditi za hvatanje ili uklanjanje takvih štetnih tvari iz stvari poput otpadnih voda koje curi iz rudnika.
Ali možda me najviše muči ideja da su uvjeti duboko pod zemljom tako tuđi da bi istraživačima mogli dati naznake gdje pronaći izvanzemaljski život - i kako bi taj život mogao izgledati.
"To se izravno odnosi na to može li život postojati ispod površine Marsa", kaže Onstott. "To je zaista ono što me privuklo u ovo polje od početka rada, a za mene je još uvijek pokretač."
Između ekstremnih okruženja i relativne oskudice organizama, istraživači idu u veliku dubinu - i dubinu - kako bi proučili ove mikrobe. Ulažu se u mine i pećine ili koriste bušilice za vađenje uzoraka s ispod zemaljskih nalazišta ili iz dna oceana. U nekim područjima može biti potrebno nekoliko dana da se dobije čak i jedan uzorak. "Ići do kraja zemlje i bušenja ili otići na Arktik i otići pod zemlju na kilometar kako bi uzeo uzorak, nije lako", kaže Onstott.
Sondiranje paklenih dubina
Gotovo kilometar ispod Zemljine površine, duboko unutar južnoafričkog rudnika zlata Beatrix, Maggie Lau traži život. Vruće je i vlažno, a samo prednja svjetla krše tamu dok Lau, geomikrobiolog iz Onstottove grupe na Sveučilištu Princeton, skuplja vodu iz bušotina. Riječ je o rupama koje su geolozi izbušili u stijenu tražeći džepove plina i vode prije rudarskih operacija. Lau puni asortiman bočica uzorcima plina i vode u rasponu volumena od manje od jedne žličice do nešto više od dvije pinte.
Maggie Lau skuplja vodu iz bušotine u bočici udaljenoj više od dvije milje ispod Zemljine površine u rudniku zlata TauTona u Južnoj Africi. (Francois Vermeulen (direktor geoznanosti, AngloGold Ashanti Limited)) Plin koji Lau sakuplja može otkriti koliko je voda stara. "Uzorci koje proučavam stari su oko 40.000 do 80.000 godina", kaže ona. Voda je možda nastala na površini i probijala se kroz pukotine tisućama ili čak milijunima godina, svodeći mikroorganizme bilo s površine ili iz plitkih područja podzemlja u nju.
Za razliku od vode, Lau vodi brži i dramatičniji put do mjesta istraživanja. Ona se kreće niz rudarsku osovinu u kavezu za dizalo - koja ispušta gotovo kilometar za manje od minute -, a zatim korača milju ili više s natovarenim ruksakom. Neki tuneli zahtijevaju da istraživači puze, povlačeći svoje pakete za sobom ili prolaze kroz vodu visoku koljenu ili bedra u poplavljenim dijelovima. Povremeno kavez za podizanje nije dostupan nakon napornog radnog dana, a Lau i Onstott moraju se popeti stubama gore. "Šalili smo se da je to poput stepenica do neba", kaže ona.
U paklenim dubinama, gdje voda može doseći 130 stupnjeva Farenhajta, a same su stijene tople na dodir, nema se puno života. Kako bi skupila što više živih stanica za svoju analizu, Lau ostavlja nekoliko svojih bočica da kroz nekoliko tjedana do nekoliko mjeseci filtriraju stotine do tisuće litara vode.
Otprilike milju ispod površine Lau obično može pronaći 1.000 do 10.000 stanica u manje od čajne žličice vode. To bi moglo izgledati puno, ali prstohvat zemlje iz vašeg dvorišta može sadržavati 100.000 do milijun puta više ćelija. Na mjestima koja su udaljena više od milje pod zemljom moglo bi biti samo 500 stanica po žličici vode. Lau procjenjuje da bi morala 200 puta kontinuirano filtrirati vodu kako bi dobila dovoljno DNK i RNK za svoju analizu.
Uzgajanje bakterijskih vrsta u laboratoriju može biti teško bez poznavanja posebne hrane koju jedu ili preciznih uvjeta pod kojima uspijevaju. Znanstvenici su uspjeli uzgajati samo oko jedan posto bakterija koje pronađu na svojim dubokim poljima. Kao rezultat toga, većina je vrsta poznata samo po jedinstvenom molekularnom potpisu - a sekvenciranje DNK ili RNK otkrilo je mnoštvo prethodno neidentificiranih bakterija u uzorcima koje su znanstvenici sakupili dolje.
Ovaj vremenski ograničeni videozapis pokazuje istraživačima koji skupljaju uzorke unutar južnoafričkog rudnika zlata. (napisao Gaetan Borgonie)Nedavno, Lau ide korak dalje od otkrivanja što tamo živi - želi znati čime se zarađuju za život. Bez sunčeve svjetlosti i biljaka koje bi zarobile sunčevu energiju fotosintezom, ove duboko žive bakterije moraju preživjeti energijom kemijskih reakcija između stijena i vode. Ove reakcije mogu proizvesti vodik, metan i sulfate, a znanstvenici su mislili da će te tri kemikalije potaknuti većinu bakterija koje žive u ovim dubokim sredinama.
Na svoje iznenađenje, Lau je otkrila da to nije slučaj. Umjesto toga, kemikalije održavaju samo manji dio bakterija, koje potom proizvode sumpor i nitrate. Bakterije koje su se hranile tim sekundarnim kemikalijama dominirale su u tim sredinama.
To znači da bi znanstvenici prilikom traženja dubokog života bilo na Zemlji ili na drugim svjetovima trebali potražiti širi spektar metaboličkih reakcija. "Nemojte se fokusirati samo na nekoliko glavnih procesa. Trebali bismo otvorenije gledati cjelovit i cjelovit metabolički krajolik, “kaže Lau.
„Biti u stanju vidjeti zapravo sve što sada rade dolje apsolutno je najuzbudljivija stvar, nešto što smo oduvijek željeli učiniti i pokušavamo smisliti kako da se bavimo zadnjih 20 godina, a sada to možemo konačno to učinite ", kaže Onstott.
"[Lauov] prvi snimak, to je poput vraćanja prve slike s Marsa ili nešto slično, nevjerojatno je", dodaje.
Pravi zoološki vrt
Tamo gdje postoji plijen, obično postoje predatori. A bakterije čine ukusan obrok za mnoga stvorenja.
Kad je Gaetan Borgonie čuo za te duboke bakterije, zapitao se može li na istim podzemnim mjestima pronaći crve zvane nematode - koje se hrane bakterijama. Borgonie, zoolog iz Extreme Life Isyensya u Gentbruggeu u Belgiji, radio je na tim crvima 20 godina. Znao je da nematode mogu preživjeti širok raspon uvjeta na površini, uključujući ekstremno vruće ili hladne temperature i vrlo nisku razinu kisika, pa su u teoriji dobro odgovarali uvjetima duboko pod zemljom.
Borgonie je nazvao Onstott-a koji ga je pozvao da dođe istražiti rudnike u Južnoj Africi. Ali pronalazak tih crva nije bio lak. Iako ih ima na površini vrlo bogato, Borgonie je u rudnicima morao uzeti više od 2500 galona vode kako bi pronašao jednu nematodu. "Zaista morate promijeniti svoje mišljenje i ostaviti ono što znate s površine, jer je podzemlje drugačiji planet", kaže on.
Borgonie je otkrio veliki broj nematoda koje žive u rudnicima u vodama starim od 3000 do 12 000 godina iz bušotina, kao i stalaktitima koji vise iz tunela rudnika. Među njima su jedna nova vrsta koja se nalazila skoro milju ispod površine, a druga neidentificirana glista koja živi više od dvije milje niže. Te su životinje bile prvi dokaz višećelijskog, eukariotskog života ovog dubokog razdoblja, kaže Borgonie.
Za razliku od jedinstvenih bakterija koje se nalaze na ovim dubinama, velika većina crva pripadala je vrstama koje se nalaze na površini. "Ove su životinje već navikle na stres, a one koje oportunistički imaju na površini djeluju vrlo dobro pod zemljom", kaže Borgonie.
Duboko okruženje zapravo može ponuditi neke prednosti s obzirom na stabilne uvjete i nedostatak predatora za crve. "Za njih je to kao odmor", kaže Borgonie.
Bijele strelice upućuju na bakterije koje se nalaze u biofilima u bušotinama iz rudnika zlata Kopanang iz Južne Afrike. (Gaetan Borgonie) Uvjeren da u rudnicima mora biti više takvih stvorenja, Borgonie je dvije godine ostavio svoju opremu za uzorkovanje u rudniku zlata Driefontein u Južnoj Africi da filtrira više od tri milijuna litara vode - dovoljno da napuni gotovo pet bazena veličine olimpijske veličine.
"Tada smo našli čitav zoološki vrt", kaže Borgonie. Identificirao je nekoliko drugih višećelijskih organizama, uključujući plosnate crve i segmentirane gliste, kao i ono što se činilo kao rak. Gotovo sve ove vrste preživjele su jedući bakterije.
Otkrivanje ovih organizama ohrabruje za znanstvenike koji traže izvanzemaljski život, kaže Borgonie. "Mislim da je vrlo dobro što smo našli tako ogroman ekosustav pod zemljom, " kaže on. "Ako možemo dokazati da mogu preživjeti u nedogled pod zemljom, to bi mogla biti vrlo dobra vijest za ljude koji tragaju za životom na Marsu."
"Zaista bih volio [raditi] ovaj posao na planeti Mars, " kaže on. "Zato uvijek kažem, ako mi ikad daju Mars u jednom smjeru za Mars, odlazim."
Vanzemaljac dubok
Borgonie možda još uvijek nema svoju kartu, ali nadolazeće misije za istraživanje svemira mogle bi nam dati bolju ideju mogu li drugi dijelovi Sunčevog sustava podržavati život.
"Jedna od stvari koja daje ljudima osjećaj optimizma u vezi s astrobiologijom je otkriće da postoje organizmi koji mogu ustrajati u onome što bismo smatrali vrlo ekstremnim uvjetima", kaže Tori Hoehler, astrobiologinja iz NASA Ames Research Center. Hoehler je član tima NASA Astrobiology Institute of Rock-Powered Life koji proučava kako reakcije između različitih vrsta stijena i vode mogu stvoriti dovoljno energije da podrži život.
"Jedno od najzastupljenijih staništa koje je dostupno vani je ono koje je definirano stijenama i vodom", kaže Hoehler. Možete zamisliti vodonosnike kako stoje duboko pod površinom Marsa ili se oceani slijevaju iznad stjenovite kore Jupiterovog mjeseca Europa ili Saturnova mjeseca Enceladusa.
NASA-ina Europa Multiple Flyby Mission, koja bi trebala biti lansirana u sljedećih pet do deset godina, pružit će znanstvenicima bolju predodžbu o tome ima li Jupiterov ledeni mjesec bilo okruženje koje bi moglo podržati život. Što se tiče Marsa, istraživači su krenuli od pitanja mogu li naći okolišno stanovanje do traženja dokaza samog života, kaže Hoehler.
Iako su uvjeti na marsovskoj površini trenutno izrazito neprimjereni za život, čini se da je planeta u prošlosti imala atmosferu i površinske vode. Da se život tada razvio, mogao bi se proširiti i na marsovsko podzemlje, gdje je okoliš ostao stabilan čak i kad se površina pretvorila u neprijateljski. Moguće je da život i dalje traje duboko pod zemljom, čekajući da ga iskopamo.
Umjetnički prikaz ESA-inog rovera ExoMars, koji će nositi vježbu namijenjenu sondiranju do 6, 5 metara ispod površine Marsa. (ESA) Nećemo trebati predugo čekati da bi zagledali prvi pod Marsovsku površinu. Misija ExoMars Europske svemirske agencije 2018. izbušit će se oko šest metara ispod površine Marsaca kako bi tražila znakove života. To možda nije dovoljno duboko da nađemo žive organizme, ali trebalo bi biti dovoljno daleko ispod površine da bismo mogli pronaći dokaze života.
Više od 20 godina otkad su mu drevne bakterije dale uvid u duboki život Zemlje, Onstott ne može dočekati da vidi što možemo pronaći na Marsu, pogotovo nakon što znanstvenici mogu iskopati malo dublje.
"Ako je slatko mjesto na Marsu, negdje gdje se postigne ravnoteža temperature i vode, tada bi mogli postojati organizmi koji prežive u tim uvjetima."
Saznajte više o ovom istraživanju i još mnogo toga na Opservatoriju Deep Carbon.
