Sügava süsiniku vaatluskeskuse (DCO) teadlased muudavad meie arusaama elust sügaval Maa sees ja võib-olla ka teistes maailmades. Nende avastused viitavad sellele, et teiste planeetide ja kuude aluspinnas võib esineda külluslikku elu, isegi seal, kus temperatuurid on äärmuslikud ning energiat ja toitaineid napib. Nad on ka avastanud, et kogu sügavas Maa peidetud elu sisaldab sadu kordi rohkem süsinikku kui kogu inimkond ja et sügav biosfäär on peaaegu kaks korda suurem kui kõigi Maa ookeanide maht.
"Süsinikuringe olemasolevad mudelid on endiselt pooleli." - dr Mark Lever, DCO sügava elu kogukonna juhtkomitee. ”
DKA pole rajatis, vaid rühm, kuhu kuulub üle 1000 teadlase 52 riigist, sealhulgas geoloogid, keemikud, füüsikud ja bioloogid. Nad on lähenemas 10-aastase projekti lõppu, et uurida, kuidas süva süsiniku tsükkel mõjutab Maad. 90% Maa süsinikust on planeedi sees ja DCO on meie esimene ettevõtmine selle mõistmiseks.
DCO on ülemaailmne ettevõtmine. Teadlaste meeskonnad on uurinud mõnda Maa sügavaimat miini, puurinud sügavamale ookeani põhja kui kunagi varem ja uurinud vulkaane nende püüdlustes mõista Maa sügavat süsinikutsüklit. Ja nad pole veel päris valmis.
Nad on avastanud veidra maa-aluse maailma, mis sisaldab 245–385 korda rohkem süsinikku kui kogu inimkond. DCO andmetel elab 70% Maa bakteritest ja arhaast maa all ja nad asuvad sügavaimas teadaolevas pinnas. Ja mõned neist on zombid.
Mõned neist eksisteerivad keskkonnas, kus on äärmiselt vähe energiat ja toitaineid. Nad kasvavad vaevalt üldse ja kulutavad oma olemasolevad ressursid pigem enda ülalpidamisele, mitte paljunemisele. Need "zombie" bakterid võivad elada miljoneid aastaid ilma paljunemist, uimastamata avastust, mis mõjutab Maa elu ajalugu ja elu olemasolu teistes maailmades.
DCO töö sügavamaks uurimiseks rääkisin dr Mark Leveriga, kes on geomikrobioloog ja Šveitsi föderaalse tehnoloogiainstituudi professor Zürichis. Dr Lever on ka DCO sügava elu kogukonna juhtkomitees ja ta annab meile rohkem ülevaate DKA tööst, sellest, mida hoiab tulevik ja mis mõjutab eluotsingut.
Järgnevad on katkendid dr Leveriga tehtud meiliintervjuust, kus arutatakse sügava süsiniku tsüklit ja elu sügaval Maa sees.
TÜ: Ma tean, et teadlased ei taha mõjuval põhjusel spekuleerida liiga palju. Kuid ajakiri Space on peamiselt kosmoseteaduse veebisait ja ma tean, et meie lugejad imestavad, kuidas need teadmised on seotud elu otsimisega meie päikesesüsteemis. Marss? Jääkuud? Muud maailmad?
ML: „Maa sügava süsinikutsükli uurimisel saadud põhiliste teadmiste kasutamisest on uuritud asustatavuse ja süsiniku tsüklite uurimiseks meie päikesesüsteemi teistel planeetidel ja planeedikuudel. Sarnaselt Maakera planeedile, mille pinnasekivimites ja settekeskkonnas on rikkalik ja lai biosfäär, võib ka nendel planeetidel ja nende kuudel sageli nende elamiskõlbmatute pindade all olla rikkalik ja mitmekesine biosfäär. "
"... meie planeet võib osutuda ... täiuslikuks katsetuspaigaks tehnoloogiatele, mis võimaldavad avastada ja üksikasjalikult uurida elu mujal meie päikesesüsteemis ja mujal." - dr Mark Lever.
„Paljud maakera sügava elu uurimiseks kasutatavad tehnoloogiad, sealhulgas puurimistehnoloogiad, mis võimaldavad juurdepääsu saastevabadele proovidele merepõhjast põhjapool või Antarktika sügavate jäämoodustiste alt, ning välja töötatud keerulised automatiseeritud seirevahendid ja -instrumendid , on nende maaväliste süsteemide uurimisel hädavajalik. ”
"Meie planeet võib osutuda - osaliselt DCO sponsoreeritud - täiuslikuks katsepolügooniks tehnoloogiatele, mis võimaldavad avastada ja põhjalikult uurida elu mujal meie päikesesüsteemis ja mujal."
“Arvan, et ka teaduslikud teadmised on olulised elu leidmisel ja avastamisel teistel planeetidel. Sügava süsiniku vaatluskeskuse üks peamisi uurimistöö fookusi on Maa elu ja bioloogilise süsiniku tsüklite piiride väljaselgitamine. Millised muutujad määravad, kus elu võib või ei saa Maal eksisteerida? Everett Shock on õigesti loonud mõiste „biootiline erisoodustus“, et kirjeldada seda kujuteldavat piiri keskkonnatingimustes, mis eraldab elamiskõlbmatu elamiskõlbmatust. “
„Maa sisemus on väga paljutõotav koht selle biootilise erisoodustuse uurimiseks, kuna seal leiduvad suured temperatuuri, pH, rõhu, pooride ruumi, toitainete kontsentratsiooni ja energia kättesaadavuse tingimused. Mitmed (DCO) ekspeditsioonid on suutnud puurida sügavatesse setetesse ja kivimitesse ning on suutnud dokumenteerida, kuidas biomass ja elu arvukus vähenevad järk-järgult, kuni elu on tuvastuspiiri lähedale või alla selle. ”
"Kui elu maavälistel kehadel jagab sama või sarnast biokeemiat nagu Maa peal, siis on nende teiste maaväliste kehade jaoks tõenäoliselt oluline arusaam sellest, mis kontrollib ja piirab elu jaotust Maal."
„Planeedikehade osas, mida oleme hakanud üksikasjalikumalt uurima, on meie praegune valimi suurus 1. Kui suurel määral meie tõlgendused on õiged või isegi universaalsed, saab määrata ainult täiendavate planeedikehade uurimisega väljaspool neid, kus me praegu elame peal."
TÜ: Kas need uued teadmised Maa süsinikuringluse ja sügava biosfääri kohta mõjutavad meie arusaama kliimamuutustest mitte ainult praegu, vaid ka sügavamas minevikus?
ML: „Sügava süsiniku tsükli eesmärk on olnud parandada süsinikuringluse mõistmist alates Maa tekkimisest. Enamik neist uurimistöödest on fundamentaalselt olulised praeguste ja varasemate kliimamuutuste osas, kuna see aitab paremini mõista neid tegureid, mis kontrollivad süsiniku vahetust „pinnamaailma” - atmosfääri, hüdrosfääri ja litosfääri äärepoolseima kihi - ja "Sügav aluspind", st suurem osa planeedist, mis asub mõne meetri ja tuhandete kilomeetrite vahel litosfääri välimisest kihist allpool. "
"Isegi vähimatel muutustel maakera ja maa-aluse maailma süsinikuvahetuses oleks Maa kliimale dramaatilisi tagajärgi - igal ajal kogu ajaloo vältel." - dr Mark Lever.
„Nende vahetuste mõistmine on varasemate, tänapäevaste ja tulevaste kliimamuutuste mõistmiseks äärmiselt oluline, kuna“ pinnamaailmas ”olev süsiniku kogus on tõenäoliselt vaid üks kümnendik süsiniku kogusest, mis on kogu maailmas maa-aluses settes, ja võib-olla ainult sada miljonit süsiniku kogusest, mis on maakoores ja ülemises vahevöös. ”
"Isegi vähimatel muutustel maakera ja maa-aluse maailma süsinikuvahetuses oleks Maa kliimale dramaatilisi tagajärgi - igal ajal kogu ajaloo vältel."
TÜ: Kas sügav biosfäär võis mängida rolli Maa taastumisel väljasuremisjuhtumitest nagu Permi-Triase väljasuremine? See on tohutu küsimus, kuid kas on kuidagi võimalik mõista sügavat biosfääri minevikus ja kuidas see võib aja jooksul muutuda?
ML: „Kõige otsesem seos, mida ma näen Permia-Triase väljasuremisega, läheb teises suunas: on tõendeid, et umbes samal ajal, olgu see seotud suurte meteooriliste mõjudega või mitte, suurenes metaani eraldumine metaanhüdraadid, st metaanijää, mis moodustub merepõhjas madalal temperatuuril ja kõrge rõhu all. ”
„Enamikku metaanist ja metaanhüdraadist, mida leidub merepõhjas, toodavad tõenäoliselt mikroorganismid, kes elavad meetrit kuni sadade meetriteni merepinnast allpool. Äärmiselt suurte koguste kasvuhoonegaaside metaani järsk vabastamine, mis oli suuresti sügava biosfääri mikroorganismide poolt toodetud, võis aidata kaasa Permi-Triase väljasuremisele. "
“Ookeanides on mikroorganisme, mis söövad metaani ja hingavad sisse hapnikku. Kui lahustunud metaani kogus suurenes, võisid need mikroorganismid ära kasutada kogu ookeanide osades lahustunud hapniku ja aitasid kaasa paljude mereloomade väljasuremisele, kelle hingamiseks ja ellujäämiseks on vaja lahustunud hapnikku. ”
TÜ: Ma mõtlen sügavale biosfäärile nagu maise geneetilise materjali omamoodi võlvile, omamoodi tahtmatule säilitamisele. Kas sa arvad, kas sellel ideel on mingit täpsust?
ML: „Mulle väga meeldib võlvide kontseptsioon ja arvan, et see on mõttekas, kuna Maa sisemuse teatud keskkonnatüübid, nt ultrakerged kivimid, basaltiline koorik, on arvatavasti üsna sarnased olnud alates elu päritolust umbes neli miljardit aastat tagasi. ”
"Mikroobse" võlvidee "idee kehtib peamiselt elusorganismide kohta, kellel on mehhanismid nende geneetilise teabe, st DNA ja RNA parandamiseks."
"Tundub ebatõenäoline, et me kunagi suudavad taastada puutumata geenijärjestusi Maa kõige varasematest elusorganismidest sügavas biosfääris." - dr Mark Lever, DCO.
„DNA ja RNA on suurepärased energia- ja toitaineallikad paljudele mikroorganismidele ning need lagunevad kiiresti keskkonda sattudes. Neid hävitavad ka spontaansed keemilised reaktsioonid - mis toimuvad isegi elusate rakkude sees. Elusrakud suudavad enamiku neist spontaansetest mutatsioonidest tuvastada, neid parandada ja seeläbi säilitada puutumatut geneetilist teavet, mis võimaldab neil elus püsida. Surnud organismide DNA-d või RNA-d aga ei parandata. ”
“Väikestes kogustes suhteliselt puutumatuid DNA või RNA järjestusi võib maa-aluses elupaikades säilitada tuhandete aastate või mõnikord mõne miljoni aasta jooksul, kuid võib-olla mitte kauem. Tundub ebatõenäoline, et me kunagi suudavad taastada puutumata geenijärjestusi Maa kõige varasematest elusorganismidest sügavas biosfääris. "
TÜ: DKA on teinud hämmastavaid avastusi. Mis saab DKA-st edasi ja mis on teie arvates tulevikus sügava biosfääri uuringute suund?
ML: “DCO rahastamisperiood Alfred P. Sloani fondi kaudu lõppeb 2019. aasta sügisel. Järgmise aasta oktoobris peetakse Washingtoni DC-s Riiklikus Teaduste Akadeemias suur lõppkonverents, kus peetakse DCO 10 aastat tähistatakse ja uuritakse süsiniku süvaga seotud teaduse edasisi suundi. ”
„DCO teadlaste seas on palju arutelusid selle üle, kuidas säilitada seda mitmekesist, interdistsiplinaarset geofüüsikute, geoloogide, geokeemikute ja mikrobioloogide kogukonda. Üks sündmus, mis meid pidevalt kokku viib, on Gordoni teaduskonverentsi teemal “Sügava süsiniku teadus”, mis toimus esimest korda 2018. aasta suvel ja mis on tänu oma suurele edule kavas toimuda nüüdsest iga kahe aasta tagant. ”
„Üks oluline suund on maavärinate tähtsus sügava biosfääri toetamisel. Maavärinad loovad mikroorganismidele uue elupaika, purustades maapõue ja võimaldades mikroobidel neid luumurdusid koloniseerida ning pääseda ligi kivimitest pärinevatele energiaallikatele, näiteks vähendatud rauale. Maavärinad pumbavad ka elamiskõlbmatu Maa sisemusest sügava päritoluga vedelikke, mis on rikkad mikroobsete energiasubstraatide, näiteks vesiniku või metaani poolest, asustamata Maa sisemusest madalamatesse, elamiskõlblikesse tsoonidesse ja võivad seeläbi võimaldada sügaval elul vohada buumi- ja büstitsüklites seismiliselt aktiivsetes piirkondades. ”
TÜ: Mis on teie arvates isiklikult kõige põnevam avastus, mis pärineb DKA-st?
"... Maa süsinikuringe käsitlevate fundamentaalsete teaduslike avastuste võimalus on endiselt lai." - dr Mark Lever, DCO.
„Minu jaoks on kõige põnevam avastus võib-olla see, et CO2 vulkaaniline voog atmosfääri on kaks korda suurem, kui seni arvati. See leid - koos paljude teiste DCO-ga - näitab, et olemasolevad süsinikuringluse mudelid, eriti seoses süsiniku vahetusega pinnase ja maa-aluse maailma vahel, on endiselt pooleli. Järelikult on fundamentaalsete teaduslike avastuste võimalus Maa süsinikuringluse osas tohutu. "
- Sügava süsiniku vaatluskeskuse veebisait
- Pimeda energia biosfääri uuringute keskuse veebisait
- DCO pressiteade: Elu sügavates maades kokku 15–23 miljardit tonni süsinikku - sadu kordi rohkem kui inimesi
