Znanstvenici s Observatorijom dubokog ugljika (DCO) transformiraju naše razumijevanje života duboko u Zemlji, a možda i u drugim svjetovima. Njihova otkrića ukazuju na to da bi u podzemlju drugih planeta i Mjeseca mogao postojati obilan život, čak i tamo gdje su temperature ekstremne, a energija i hranjive tvari malo. Oni su također otkrili da sav život skriven u dubokoj Zemlji sadrži stotine puta više ugljika od cijelog čovječanstva, te da je duboka biosfera gotovo dvostruko veća od volumena svih Zemljinih okeana.
"Postojeći modeli ugljikovog ciklusa ... još uvijek nisu u tijeku." - Dr. Mark Lever, Upravni odbor zajednice dubokog života DCO-a. "
DCO nije ustanova, već skupina od preko 1000 znanstvenika iz 52 zemlje, uključujući geologe, kemičare, fizičare i biologe. Pri kraju su desetogodišnjeg projekta istraživanja utjecaja ciklusa dubokih ugljika na Zemlju. 90% ugljika u Zemlji nalazi se unutar planete, a DCO je naš prvi napor da to zaista shvatimo.
DCO je globalni poduhvat. Timovi znanstvenika istraživali su neke od najdubljih mina na Zemlji, izbušili se dublje u oceansko dno nego ikad prije i pregledali vulkane u svojim nastojanjima da razumiju Zemljin duboki ciklus ugljika. A još nisu sasvim gotovi.
Otkrili su čudan podzemni svijet koji sadrži između 245 i 385 puta više ugljika nego cijelo čovječanstvo. Prema DCO, 70% bakterija i arheja na Zemlji živi pod zemljom, a postoje u najdubljim poznatim podzemnim površinama. A neki od njih su zombiji.
Neki od njih postoje u okruženjima koja su izrazito niska u energiji i hranjivim tvarima. Oni jedva rastu na sve i troše svoje dostupne resurse na održavanje sebe, a ne na reprodukciju. Ove "zombi" bakterije mogu živjeti milijunima godina bez reprodukcije, zapanjujuće otkriće s posljedicama na povijest života na Zemlji i postojanje života na drugim svjetovima.
Da bih dublje pogledao rad DCO-a, razgovarao sam s dr. Markom Leverom, geomikrobiologom i profesorom iz švicarskog Federalnog tehnološkog instituta u Zürichu. Dr. Lever je također u Upravnom odboru zajednice dubokih životnih zajednica DCO-a i daje nam više uvida u rad DCO-a, kakva je budućnost i kakve posljedice ima za traženje života.
Slijedi ulomak iz intervjua s e-mailom s dr. Leverom koji govori o ciklusu dubokih ugljika i životu duboko u Zemlji.
UT: Znam da znanstvenici nerado previše nagađaju, s dobrim razlogom. No, Space Magazine je prije svega web stranica o svemiru i znam da će se naši čitatelji zapitati kako se to znanje odnosi na Traženje života u našem Sunčevom sustavu. Mars? Ledeni Mjeseci? Drugi svjetovi?
ML: "Mnogo se govorilo o korištenju temeljnih uvida dobivenih proučavanjem ciklusa dubokog ugljika na Zemlji kako bi se istražila stanovništvo i ciklus ugljika na drugim planetima i planetarnim mjesecima u našem Sunčevom sustavu. Slično planeti Zemlji, koja ima bogatu i ogromnu biosferu u svojim podzemnim stijenama i sedimentnim okruženjima, ove planete i njihovi Mjeseci mogu imati plodnu i raznovrsnu biosferu ispod svojih često nenaseljenih površina. "
"... naš bi se planet mogao pokazati ... savršeno poligon za tehnologije koje će omogućiti otkrivanje i detaljno proučavanje života drugdje u našem Sunčevom sustavu i šire." - Dr. Mark Lever.
„Mnoge tehnologije koje se koriste za istraživanje dubokog života na Zemlji, uključujući tehnologije bušenja koje pružaju pristup uzorcima bez onečišćenja kilometrima ispod morskog dna ili odozdo dubokim antarktičkim ledenim formacijama i sofisticiranim automatiziranim alatima za nadzor i instrumentima koji su razvijeni. , bit će ključni za istraživanje ovih izvanzemaljskih sustava. "
"Moglo bi se pokazati da bi naš planet - dijelom sponzorirao DCO - bio savršeno poligon za tehnologije koje će omogućiti otkrivanje i detaljno proučavanje života drugdje u našem Sunčevom sustavu i šire."
„Također mislim da su znanstvena spoznaja relevantna za pronalazak i otkriće života na drugim planetima. Jedna od glavnih žarišta istraživanja Opservatorija dubokih ugljika je prepoznavanje granica života - i biološkog biciklizma ugljika - na Zemlji. Koje varijable određuju gdje život može ili ne može postojati na Zemlji? Everett Shock prikladno je skovao pojam "biotička obrub" kako bi opisao tu zamišljenu granicu u okolišnim uvjetima koja razdvaja naseljeni od nezgrapnog. "
„Zemljina unutrašnjost je vrlo obećavajuće mjesto za istraživanje ovog biotskog ruba zbog velikog raspona uvjeta u pogledu temperature, pH, tlaka, pora pora, koncentracije hranjivih tvari i raspoloživosti energije koja se tamo mogu naći. Nekoliko ekspedicija (DCO) uspjelo je probušiti se u duboki sediment i stijene i uspjelo je dokumentirati kako se biomasa i obilje života postupno smanjuju sve dok život nije blizu ili ispod granice otkrivanja. "
"Ako život na izvanzemaljskim tijelima ima istu ili sličnu biokemiju kao i život na Zemlji, tada će razumijevanje onoga što kontrolira i ograničava distribuciju života na Zemlji vjerojatno biti relevantno za ta druga izvanzemaljska tijela."
„Što se tiče planetarnih tijela koja smo započeli detaljnije istraživati, naša trenutna veličina uzorka je 1. Stepen u kojem su naše interpretacije ispravne ili čak univerzalne može se odrediti samo proučavanjem dodatnih planetarnih tijela izvan onoga u kojem trenutno živimo. na."
UT: Hoće li ovo novo znanje o Zemljinom ciklusu ugljika i dubokoj biosferi utjecati na naše razumijevanje klimatskih promjena, ne samo sada već i u dubokoj prošlosti?
ML: „Cilj ciklusa dubokih ugljika bio je poboljšati temeljno razumijevanje ugljikovog ciklusa od formiranja Zemlje. Većina je ovog istraživanja bitno relevantna za trenutne i prošle klimatske promjene, jer doprinosi boljem razumijevanju faktora koji kontroliraju razmjenu ugljika između "površinskog svijeta" - atmosfere, hidrosfere i najudaljenijeg sloja litosfere - i "Duboko podzemlje", tj. Veći dio planete koji se nalazi negdje od nekoliko metara do tisuća kilometara ispod najudaljenijeg sloja litosfere. "
"Čak i najmanja promjena razmjene ugljika između površinskog i podzemnog svijeta imala bi dramatične posljedice za Zemljinu klimu - u bilo koje vrijeme tijekom njene povijesti." - Dr. Mark Lever.
„Razumijevanje ovih razmjena izuzetno je važno za razumijevanje prošlih, suvremenih i budućih klimatskih promjena budući da je količina ugljika koja postoji u„ površinskom svijetu “vjerojatno samo jedna desetina tisuće količine ugljika koja je prisutna u podzemnim sedimentima na globalnoj razini, a možda samo stotinu milijuna ugljika prisutnog u Zemljinoj kori i gornjem plaštu. "
"Čak i najmanja promjena razmjene ugljika između površinskog i podzemnog svijeta imala bi dramatične posljedice za Zemljinu klimu - u bilo koje vrijeme tijekom njene povijesti."
UT: Je li duboka biosfera mogla imati ulogu u oporavku Zemlje od događaja izumiranja poput permijsko-trijaznog izumiranja? To je veliko pitanje, ali postoji li način da se shvati duboka biosfera u prošlosti i kako se ona možda vremenom promijenila?
ML: "Najdirektnija veza koju vidim s permsko-trijadskim izumiranjem ide u drugom smjeru: postoje dokazi da je otprilike u isto vrijeme, bilo da se odnosi na velike meteorske utjecaje ili ne, došlo do porasta ispuštanja metana iz metanski hidrati, tj. "metan led" koji se formira pri niskoj temperaturi i pod visokim tlakom u morskom dnu. "
"Većina metana i metan hidrata, koji se nalaze u morskom dnu, vjerojatno proizvode mikroorganizmi koji žive na stotinama metara ispod morskog dna. Naglo oslobađanje ogromnih količina metana s efektom staklene bašte, kojeg su u velikoj mjeri proizveli mikroorganizmi iz duboke biosfere, možda je pridonijelo permijsko-trijamskom izumiranju. "
„U oceanima postoje mikroorganizmi koji jedu metan i dišu kisik. Kad se povećala količina otopljenog metana, ti su mikroorganizmi mogli potrošiti sav otopljeni kisik u dijelovima oceana i doprinijeli istrebljenju mnogih morskih životinja kojima je potreban otopljeni kisik da dišu i opstanu. "
UT: Ja duboku biosferu stalno razmišljam kao svojevrsni „svod“ za zemaljski genetski materijal, vrstu nenamjernog čuvanja. Mislite li da postoji tačnost te ideje?
ML: "Sviđa mi se koncept" trezora ", i mislim da to ima smisla jer određeni tipovi okoline Zemljine unutrašnjosti, npr. ultramafilne stijene, bazaltna kora vjerojatno su ostale prilično slične od nastanka života prije otprilike četiri milijarde godina. "
"Mikrobna ideja" trezora "vjerojatno se uglavnom odnosi na žive organizme koji imaju mehanizme za popravak svojih genetskih informacija, tj. DNK i RNK."
"Čini se malo vjerojatnim da ćemo ikada uspjeti povratiti netaknute genske sekvence iz najranijih živih organizama Zemlje u dubokoj biosferi." - Dr. Mark Lever, doc.
„DNK i RNA su izvrsni izvori energije i hranjivih tvari za mnoge mikroorganizme, koji se brzo razgrađuju ako ih se izbaci u okoliš. Oni su također uništeni spontanim kemijskim reakcijama - koje se javljaju čak i unutar živih stanica. Žive stanice mogu otkriti većinu tih spontanih mutacija, popraviti ih i na taj način održati netaknute genetske informacije koje im omogućuju da ostanu živi. DNK ili RNA iz mrtvih organizama se, međutim, ne popravljaju. "
„Male količine relativno netaknute sekvence DNK ili RNK mogu se sačuvati u podzemnim staništima kroz razdoblja od tisuća godina, ili ponekad i nekoliko milijuna godina, ali po mogućnosti i izvan toga. Čini se malo vjerojatnim da ćemo ikada uspjeti povratiti netaknute genske sekvence iz najranijih živih organizama Zemlje u dubokoj biosferi. "
UT: DCO je učinio zapanjujuća otkrića. Što slijedi za DCO, i što mislite, koji će biti smjer za buduća istraživanja duboke biosfere?
ML: „Period financiranja DCO-a kroz Zakladu Alfred P. Sloan privodi se kraju jeseni 2019. Velika finalna konferencija bit će održana u Nacionalnoj akademiji znanosti u Washingtonu, sljedećeg listopada, u kojoj će biti obilježeno 10 godina postojanja DCO-a slavit će se i istražiti buduće smjernice za duboku nauku vezanu za ugljik. "
„Mnogo je rasprava među DCO znanstvenicima o načinima održavanja ove raznolike, interdisciplinarne zajednice geofizičara, geologa, geokemičara i mikrobiologa. Jedan događaj koji će nas i dalje okupljati je Gordonova istraživačka konferencija tematska „Duboka nauka o ugljiku“ koja se prvi put održala u ljeto 2018. godine i koja bi se, zbog velikog uspjeha - trebala organizirati svake dvije godine od danas. ”
„Jedan važan smjer je važnost potresa u potpori duboke biosfere. Zemljotresi stvaraju novo stanište za mikroorganizme razbijanjem Zemljine kore i dopuštajući mikrobovima da koloniziraju te lomove i pristupe izvorima energije koji potiču iz stijena, poput smanjenog željeza. Zemljotresi također crpe duboko vrele tekućine koje su bogate mikrobnim supstratima energije, poput vodika ili metana, iz nenaseljene unutrašnjosti Zemlje do plitkih, nastanjivih zona i na taj način mogu omogućiti dubokom životu da se razmnoži na ciklusima pucanja i udara u seizmički aktivnim područjima. ”
UT: Što mislite da je najuzbudljivije otkriće koje dolazi iz DCO-a?
"... ostaje prilika za temeljna znanstvena otkrića u vezi sa Zemljinim ugljikovim ciklusom." - Dr. Mark Lever, doktorski ured.
„Za mene je najuzbudljiviji nalaz možda taj da je vulkanski tok CO2 u atmosferu dvostruko veći nego što se mislilo. Ovo otkriće - zajedno s mnogim drugim DCO-om - pokazuje kako postojeći modeli ugljikovog ciklusa, posebno u pogledu razmjene ugljika između površinskog i podzemnog svijeta, još uvijek rade u tijeku. Slijedom toga, mogućnost za temeljna znanstvena otkrića u vezi sa Zemljinim ugljikovim ciklusom ostaje ogromna. "
- Web stranica Deep Carbon Observatory
- Web lokacija Centra za istraživanje tamne energije u biosferi
- DCO Press Release: Život u dubokoj Zemlji ukupno iznosi 15 do 23 milijarde tona ugljika - stotine puta više od ljudi
