Ősi baktériumok a föld felszínétől alig két mérföldnyire: ez az, ami először Tullis Onstottot húzta, hogy életét a legvalószínűtlenebb helyeken kezdje meg. A geomikrobiológus nemrégiben vett részt az Egyesült Államok Energiaügyi Minisztériumának egy 1992-es ülésén, amelyben a több mint 200 millió évvel kőzettel megfigyelt sziklákról beszéltek - ezek idõsek a legtöbb dinoszaurusznál. Ezeket az őskori kőzeteket feltárták egy gázkutató kútból, és kiderült, hogy baktériumokkal teli.
kapcsolodo tartalom
- Titokzatos marsi "karfiol" lehet az idegen élet legújabb tippe
- Egy évtizedekig tartó küldetés a föld köpenyének fúrására hamarosan eljuthat a Pay Dirt-hez
"Ez számomra nagyon elképesztő volt" - mondja a Princeton Egyetem Onstottja. "Az a gondolat, hogy ezek a baktériumok ezekben a triász sziklákban élnek, mivel azokat a dinoszauruszok korát megelőzően letétbe helyezték, ez az ötlet ráébredt" - mondja.
Ezek a sziklák voltak az első lényeges bizonyítékok között, amelyek szerint az élet mérföldek alatt létezett a föld alatt, és elindították a kutatók erőfeszítéseit az úgynevezett mély felszín alatti élet tanulmányozására. Az elmúlt 20 évben Onstott és mások úgy találták, hogy sokkal szokatlanabb helyeken sokkal több az élet, mint bárki elképzelte volna.
A mély életet a világ minden tájáról és különféle körülmények között megtalálják - az olajmezőkben és az aranybányákban, a grönlandi és az antarktiszbeli jégtáblák alatt, valamint az óceánfenék alatti üledékekben és sziklákban. Ezek a helyek rendkívül ellenséges környezetek lehetnek, a nyomás 10–100-szorosa lehet a felszínen. A hőmérséklet a fagytól a 140 Fahrenheit-fokig terjedhet.
Egy mérföldes vagy annál nagyobb a felszín alatt nincs napfény és nagyon kevés oxigén. Ebben a szelíd környezetben a lényeknek minden energiát meg kell karcolniuk minden körülmények között, amelyek képesek összegyűjteni. Ez azt jelenti, hogy az ottani élet tempója néha hihetetlenül lassú lehet. Ezek a mikrobák lehetnek ezer- vagy milliószor kevésbé gazdagok, mint testvéreik a föld felett. És lehet, hogy néhány száz, ezer vagy akár millió év alatt is létezett - valódi mikroszkopikus methusalahok.
Ezek a mély lények változatosak, baktériumokból és más archeának nevezett egysejtű szervezetekből állnak. Még a többsejtű állatok is mérföldekkel vannak a felszín alatt, köztük apró férgek, nevű fonálférgek.
"Ami meglepő, amikor folytatjuk a mély rejtett világegyetem kutatását, az az, hogy ott sokkal összetettebb, mint ahogy elképzelhettük volna, amikor a 90-es években kezdtük meg vizsgálni a triász mintákat" - mondja Onstott.
Ez a bonyolultság lehetőségeket nyitott meg a kutatók számára, a mérgező hulladékok tisztításától kezdve a földön kívüli élet kereséséig. Ezeknek a mély szervezeteknek egy része közvetlenül a fémektől és ásványi anyagokat táplálja, és az arzén, urán és mérgező fémek szintjének növelésével vagy csökkentésével befolyásolhatják a felszín alatti vizet. A tudósok remélik, hogy ezeket a baktériumokat hamarosan adaptálhatják az ilyen káros anyagok csapdájához vagy eltávolításához olyan dolgokból, mint például a bányából kifolyó szennyvíz.
De talán leginkább félelmetes az az elképzelés, hogy a mély föld alatti körülmények annyira idegenek, hogy kutatóknak nyomokat adhatnak arra vonatkozóan, hogy hol lehet földönkívüli életet találni - és hogy néz ki ez az élet.
"Ez közvetlenül kapcsolódik ahhoz, hogy létezhet-e élet a Mars felszíne alatt" - mondja Onstott. "Valójában ez vezetett erre a területre a get-go programból, és még mindig vezérelve számomra."
A szélsőséges környezetek és az organizmusok relatív hiánya között a kutatók nagymértékben - és mélységben - tanulmányozzák ezeket a mikrobákat. Bányákba és barlangokba merészkednek, vagy fúrók segítségével mintákat vesznek fel a földi helyek vagy az óceán fenekének alatt. Egyes területeken akár több napot is eltarthat, hogy akár egyetlen mintát is kapjon. "Nem könnyű menni a föld végére és fúrni, vagy az Északi-sarkvidékre menni, és mérföldet megtenni egy minta megszerzéséhez." - mondja Onstott.
A Helely mélységeinek vizsgálata
Majdnem egy mérföld a Föld felszíne alatt, Dél-Afrika Beatrix aranybányájának mélyén, Maggie Lau várja az életet. Forró és párás, és csak a fényszórók sértik a sötétséget, mivel Lau, a Princetoni Egyetem Onstott-csoportjának geomikrobiológusa gyűjt vizet a fúrásokból. Ezek olyan lyukak, amelyeket a kőzetbe fúrtak a geológusok, akik a bányászati műveletek előtt gáz- és vízzsebeket keresnek. Lau az üvegcsövek választékát gáz- és vízmintákkal tölti ki, amelyek térfogata kevesebb, mint egy teáskanál értéke, és alig több, mint két pint.
Maggie Lau gyűjti a fúrólyukakat egy üvegbe, amely több, mint két mérföld a Föld felszíne alatt, a dél-afrikai TauTona aranybányában. (Francois Vermeulen (Geosciences manager, AngloGold Ashanti Limited)) A Lau által gyűjtött gáz feltárja, hogy ősi a víz. „Az általam vizsgált minták körülbelül 40 000–80 000 évesek” - mondja. Lehet, hogy a víz a felszínről származik, és több ezer vagy akár millió éven át repedések útján csapódott le, miközben a mikroorganizmusokat akár a felszínről, akár a felszín alatti sekélyebb régiókból vezeti le.
A vízzel ellentétben Lau gyorsabb és drámaibb utat vezet a kutatási helyszínre. Lefelé tart egy aknatengelyről egy emelőketrecben - amely kevesebb, mint egy mérföldnyire kevesebb, mint egy perc alatt esik le -, majd egy mérföldet meghaladó távolságra jár egy betöltött hátizsákkal. Néhány alagút megköveteli a kutatótól, hogy mászjon, hátrahúzza a csomagját, vagy a térd- vagy combmagasságú vízen áradjon elárasztott szakaszokban. Időnként a lift-ketrec nehéz nap után nem érhető el, Lau-nak és Onstott-nak vissza kell lépnie a lépcsőn. "Vicceltek, hogy ez olyan volt, mint egy lépcső a mennybe" - mondja.
A pokolikus mélységben, ahol a víz elérheti a 130 fokot, és a sziklák gyakran melegek a tapintásra, nem sok az élet. Annak érdekében, hogy annyi élő sejtet gyűjtsön az elemzéshez, Lau néhány fioláját hagyja, hogy több hétről néhány hónapra több száz ezer gallonnyi vizet szűrjen.
Körülbelül egy mérföldnyire a felszín alatt Lau általában 1000–10 000 sejtet talál kevesebb, mint egy teáskanál vízben. Ez soknak tűnhet, de a hátsó udvarból származó csipetnyi talaj 100 000 - milliószor annyi sejtet tartalmazhat. A föld alatti mérföldnél nagyobb távolságra csak 500 sejt lehet egy teáskanál vízben. Lau becslése szerint 200 napig folyamatosan szűrnie kell a vizet, hogy elegendő DNS-t és RNS-t kapjon elemzéséhez.
Nehéz lehet a baktériumfajok tenyésztése a laboratóriumban anélkül, hogy tudnánk az általuk fogyasztott táplálékot vagy a fejlődés pontos körülményeit. A tudósok csak azoknak a baktériumoknak a körülbelül egy százalékát tudták szaporítani, amelyeket a mély mezőben találnak. Ennek eredményeként a legtöbb faj csak egyedi molekuláris szignatúráikból ismert - és a DNS- vagy RNS-szekvenálás sok olyan korábban nem azonosított baktériumot tárt fel a mintákban, amelyeket a tudósok összegyűjtöttek.
Ez a késleltetett videó azt mutatja, hogy a kutatók mintákat gyűjtenek egy dél-afrikai aranybányában. (írta: Gaetan Borgonie)Legutóbb Lau egy lépéssel meghaladja annak kiderítését, hogy mi él lent - szeretné tudni, mit tesznek megélésük érdekében. Napfény és növények nélkül, amelyek a nap energiáját fotoszintézis útján csapdába ejtik, ezeknek a mélyen élő baktériumoknak energián kell túlélniük a sziklák és a víz közötti kémiai reakciók során. Ezek a reakciók hidrogént, metánt és szulfátokat eredményezhetnek, és a tudósok úgy gondolták, hogy ez a három vegyi anyag táplálja a mély környezetben élő baktériumok nagy részét.
Meglepetésére Lau megállapította, hogy nem erről van szó. Ehelyett a vegyi anyagok csak a baktériumok kis részét táplálják, amelyek ként és nitrátokat termelnek. Azokban a baktériumokban, amelyek táplálták ezeket a másodlagos vegyszereket, domináltak ezekben a környezetekben.
Ez azt jelenti, hogy amikor a Földön vagy más világokon mély életet keresnek, a tudósoknak a metabolikus reakciók szélesebb skáláját kell keresniük. „Ne csak a néhány fontosabb folyamatra összpontosítson. Legyen nyitottabb, ha megnézzük a teljes és teljes anyagcsere-tájat ”- mondja Lau.
„Abszolút legizgalmasabb dolog, hogy megnézhessük, mit csinálnak odakint, az egész, amit mindig is akartunk csinálni, és megpróbáltuk kitalálni, hogyan kell csinálni az elmúlt 20 évben, és most végre végre ”- mondja Onstott.
"[Lau] első pillanatképe, olyan, mintha visszakapná az első képet a Marsról, vagy valami, hihetetlen" - teszi hozzá.
Egy igazi állatkert
Ahol ragadozó, ott ragadozók is vannak. És a baktériumok sok teremtmény számára ízletes ételt készítenek.
Amikor Gaetan Borgonie hallott ezekről a mély baktériumokról, azon tűnődött, vajon találhat-e ugyanabban a föld alatti helyen férgeket fonálférgeknek, amelyek baktériumok táplálkoznak. Borgonie, a belga Gentbrugge-i Extreme Life Isyensya állattanász, 20 éve dolgozott ezen a férgeken. Tudta, hogy a fonálférgek a felszín körülményeinek széles skáláját képes megélni, beleértve a rendkívül forró vagy hideg hőmérsékleteket és a nagyon alacsony oxigénszintet, ezért elméletileg jól alkalmazkodtak a mély föld alatti körülményekhez.
Borgonie felhívta Onstottot, aki meghívta Dél-Afrika aknáinak felfedezésére. De ezeket a férgeket nem volt könnyű megtalálni. Noha a felszínen nagyon bőségesen vannak, a bányákban a Borgonie-nek több mint 2500 gallonnyi vizet kellett kóstolnia, hogy egyetlen fonálféreget találjon. "Tényleg meg kell változtatnia gondolkodásmódját, és el kell hagynia azt, amit a felszínről tud, mert a föld alatt egy másik bolygó található" - mondja.
Borgonie nagyszámú fonálféredet fedezett fel a bányákban 3000–12000 éves vízben, fúrásokból, valamint a bánya alagútjaiból lógó cseppkövekben. Ide tartozott egy új faj, amely csaknem egy mérföldnyire volt a felszín alatt, és egy másik, azonosítatlan féreg, amely több mint két mérföldnyire lejjebb él. Ezek az állatok voltak a többsejtű, eukarióta élet első bizonyítékai e mélyen - mondja Borgonie.
Az e mélységben található egyedi baktériumokkal ellentétben a férgek túlnyomó többsége a felszínen található fajokhoz tartozott. "Ezek az állatok már használják a stresszt, és azok, akik a felszínen oportūnisták, nagyon jól működnek a föld alatt" - mondja Borgonie.
A mély környezet valójában bizonyos előnyöket kínálhat, tekintettel a stabil körülményekre és a féregek ragadozóinak hiányára. "Számukra ez olyan, mint egy ünnep" - mondja Borgonie.
Fehér nyilak mutatnak a dél-afrikai Kopanang aranybánya fúrólyukvízében található biofilmekben található baktériumokra. (Gaetan Borgonie) Meggyőződve arról, hogy több ilyen lénynek kell élnie a bányákban, Borgonie két évre a dél-afrikai Driefontein aranybányában hagyta a mintavételi berendezését, hogy több mint három millió gallonnyi vizet szűrhessen - elegendő ahhoz, hogy majdnem öt olimpiai méretű úszómedencét feltöltsön.
"Ekkor találtuk meg az egész állatkertet" - mondja Borgonie. Számos egyéb többsejtű szervezetet azonosított, köztük a laposférgeket és a szegmentált férgeket, valamint azokat, amelyek rákféléknek tűntek. E fajok szinte mindegyike túlélte baktériumok etetésével.
Ezeknek az organizmusoknak a felfedezése bátorítja a földön kívüli életet kereső tudósokat - mondja Borgonie. "Azt hiszem, nagyon jó, hogy olyan hatalmas ökoszisztémát találunk a föld alatt" - mondja. "Ha be tudjuk bizonyítani, hogy korlátlan ideig túlélhetnek a föld alatt, akkor ez nagyon jó hír lehet a Marson életüket kereső emberek számára."
"Nagyon szeretném, ha ezt a munkát a Mars bolygón végezzük" - mondja. "Ezért mindig azt mondom, ha valaha egyirányú jegyet adnak nekem a Marsra, akkor elmentem."
Az idegen mély
Borgonie-nak valószínűleg még nincs jegye, de a közelgő űrkutatási missziók jobb képet adhatnak nekünk arról, hogy a Naprendszer más részei képesek-e támogatni az életet.
"Az egyik dolog, amely az emberek számára optimizmust adott az asztrobiológia szempontjából, az a megállapítás, hogy vannak szervezetek, amelyek fennmaradhatnak olyan körülmények között, amelyeket nagyon szélsőséges körülményeknek tartunk" - mondja Tori Hoehler, a NASA Ames Kutatóközpont asztrobiológusa. Hoehler a NASA Astrobiológiai Intézet sziklahajtású életcsoportjának tagja, amely azt vizsgálja, hogy a különféle kőzetek és víz közötti reakciók miként képesek elegendő energiát generálni az élet támogatásához.
"Az egyik leginkább elterjedt élőhely, amely ott elérhető, a szikla és a víz által meghatározott", mondja Hoehler. Elképzelheti, hogy a Mars felszíne alatt mélyen ülő víztartó rétegek vagy az óceánok lecsúsznak a Jupiter-hold Europa vagy a Szaturnusz-hold Enceladus sziklás kéregének fölött - mondja.
A NASA Európa többszörös repülési missziója, amely várhatóan elindul a következő öt-tíz évben, jobb tudomást fog adni a tudósokról arról, hogy Jupiter jeges holdján van-e olyan környezet, amely támogathatja az életet. Ami a Marsot illeti, a kutatók arra törekedtek, hogy megtalálják-e életképes környezeteket, és ténylegesen maga az élet bizonyítékait keressék - mondja Hoehler.
Annak ellenére, hogy a marsi felszín körülményei jelenleg rendkívül szokatlan az életre, úgy tűnik, hogy a bolygónak a múltjában valamikor volt légkör és felszíni víz. Ha az élet akkor fejlődött volna, elterjedt volna a marsi felszínen, ahol a környezet stabil maradt, még akkor is, ha a felület ellenséges lett. Lehetséges, hogy az élet továbbra is mélyen a föld alatt áll, arra várva, hogy kiásjuk.
Az ESA ExoMars Rover művészi renderelete, amely olyan fúrót hordoz, amelyet úgy terveztek, hogy a marsi felszín alatt 6, 5 láb mélységig szonda legyen. (ESA) Nem kell sokáig várnunk, hogy az első pillantást megkapjuk a marsi felszín alatt. Az Európai Űrügynökség 2018. évi ExoMars-missziója körülbelül hat méterre fúr majd a marsi felszín alatt az élet jeleinek keresésére. Lehet, hogy ez nem elég mély az élő szervezetek megtalálásához, de elég messze kell lennie a felszín alatt, hogy bizonyítékokat találjunk az életről.
Több mint 20 évvel azóta, hogy az ősi baktériumok először pillantást vettek a Föld mély életére, Onstott alig várja, hogy megnézze, mit találunk a Marson, főleg, ha a tudósok egy kicsit mélyebben ásnak.
"Ha van egy édes folt a Marson, olyan helyen, ahol csak a hőmérséklet és a víz megfelelő egyensúlyban van, akkor előfordulhat, hogy ezekben a körülményekben túl élnek a szervezetek."
Tudjon meg többet erről a kutatásról és másokról a Deep Carbon Observatory-ban.
