Forskere med Deep Carbon Observatory (DCO) forvandler vår forståelse av livet dypt inne i jorden, og kanskje til andre verdener. Funnene deres antyder at det kan eksistere rikelig liv i underplaneten til andre planeter og måner, selv der temperaturene er ekstreme, og energi og næringsstoffer er knappe. De har også oppdaget at alt livet skjult på den dype jorden inneholder hundrevis av ganger mer karbon enn hele menneskeheten, og at den dype biosfæren er nesten det dobbelte av volumet av alle verdens hav.
"Eksisterende modeller av karbonsyklusen ... er fremdeles et arbeid." - Dr. Mark Lever, DCO Deep Life Community Steering Committee. ”
DCO er ikke et anlegg, men en gruppe på over 1000 forskere fra 52 land, inkludert geologer, kjemikere, fysikere og biologer. De nærmer seg slutten av et tiårig prosjekt for å undersøke hvordan Deep Carbon Cycle påvirker jorden. 90% av jordens karbon er inne i planeten, og DCO er vår første innsats for å virkelig forstå det.
DCO er en global bestrebelse. Team av forskere har utforsket noen av de dypeste gruvene på jorden, boret dypere ned i havbunnen enn noen gang før, og gransket vulkaner i deres forsøk på å forstå jordas dype karbonsyklus. Og de er ikke helt ferdige ennå.
De har oppdaget en rar underjordisk verden som rommer mellom 245 og 385 ganger så mye karbon som hele menneskeheten. I følge DCO lever 70% av jordas bakterier og archaea under jorden, og de finnes i den dypeste kjente undergrunnen. Og noen av dem er zombier.
Noen av dem finnes i miljøer som har ekstremt lite energi og næringsstoffer. De vokser knapt i det hele tatt, og bruker de tilgjengelige ressursene sine på å vedlikeholde seg selv, heller enn på å reprodusere. Disse "zombie" -bakteriene kan leve i millioner av år uten å reprodusere seg, en fantastisk oppdagelse med implikasjoner for livets historie på jorden og livets eksistens på andre verdener.
For en dypere titt på arbeidet til DCO snakket jeg med Dr. Mark Lever, en geomikrobiolog og professor ved det sveitsiske føderale teknologiske instituttet i Zürich. Dr. Lever er også med i DCOs Deep Life Community Steering Committee, og han gir oss mer innsikt i arbeidet med DCO, hva fremtiden har, og hva implikasjonene har for Search for Life.
Det følgende er utdrag fra et e-postintervju med Dr. Lever som diskuterte Deep Carbon Cycle og livet dypt inne i jorden.
UT: Jeg vet at forskere er motvillige til å spekulere for mye, med god grunn. Men Space Magazine er først og fremst et romforskningsnettsted, og jeg vet at leserne våre vil lure på hvordan denne kunnskapen forholder seg til Search for Life in our Solar System. Mars? Ismåner? Andre verdener?
ML: "Det har vært mye snakk om å bruke den grunnleggende innsikten fra å studere jordas dype karbonsyklus for å utforske muligheten for og karbonsykling på andre planeter og planetmåner i solsystemet vårt. I likhet med Planet Earth, som har en rik og enorm biosfære i sin underjordiske bergart og sedimentære miljøer, kan disse planetene og månene deres ha en fruktbar og mangfoldig biosfære under sine ofte ubeboelige overflater. ”
"... planeten vår kan vise seg å være ... den perfekte prøveplassen for teknologier som vil muliggjøre oppdagelse og detaljert studie av livet andre steder i solsystemet vårt og utover." - Dr. Mark Lever.
"Mange av teknologiene som brukes til å utforske dypt liv på jorden, inkludert boreteknologier som gir tilgang til forurensningsfrie prøver fra kilometer under havbunnen eller nedenfra dype antarktiske isformasjoner, og de sofistikerte automatiserte overvåkingsverktøyene og instrumentene som er utviklet , vil være avgjørende for å utforske disse utenomjordiske systemene. "
"Planeten vår kan vise seg å være - delvis sponset av DCO - den perfekte testplassen for teknologier som vil muliggjøre oppdagelse og detaljert studie av livet andre steder i solsystemet vårt og utover."
”Jeg tror også den vitenskapelige innsikten er relevant for å finne og oppdage livet på andre planeter. En av hovedområdene med forskning fra Deep Carbon Observatory er å identifisere livets grenser - og biologisk karbonsykling - på jorden. Hvilke variabler bestemmer hvor livet kan eller ikke kan eksistere på jorden? Everett Shock har passende myntet begrepet "biotisk frynse" for å beskrive den imaginære grensen i miljøforhold som skiller det beboelige fra det ubeboelige. "
Jordens indre er et veldig lovende sted å utforske denne biotiske utkanten på grunn av det enorme spekteret i forhold når det gjelder temperatur, pH, trykk, porerom, næringskonsentrasjoner og energitilgjengelighet som finnes der. Flere (DCO) ekspedisjoner har klart å bore i dype sediment og bergformasjoner og vært i stand til å dokumentere hvordan biomassen og overflod av liv gradvis avtar til livet er nær eller under deteksjonsgrensen. ”
"Hvis livet på utenomjordiske kropper deler den samme eller lignende biokjemi som livet på jorden, vil sannsynligvis en forståelse av hva som styrer og begrenser fordelingen av liv på jorden være relevant for disse andre utenomjordiske kroppene."
"Når det gjelder planetlegemer som vi har begynt å utforske mer detaljert, er vår nåværende prøvestørrelse 1. I hvilken grad tolkningene våre er riktige eller til og med universelle, kan bare bestemmes ved å studere flere planetariske kropper utover den vi lever i dag. på."
UT: Vil denne nye kunnskapen om jordens karbonsyklus og den dype biosfæren ha noen innvirkning på vår forståelse av klimaendringer, ikke bare nå, men i den dypere fortiden?
ML: ”Målet med Deep Carbon Cycle har vært å forbedre den grunnleggende forståelsen av karbonsyklusen siden jordas dannelse. Det meste av denne forskningen er grunnleggende relevant for nåværende og tidligere klimaendringer ved at den bidrar til en bedre forståelse av faktorene som kontrollerer utvekslingen av karbon mellom "overflateverdenen" - atmosfæren, hydrosfæren og det ytterste laget av litosfæren - og "Dyp underjordisk overflate", dvs. det meste av planeten som ligger hvor som helst fra noen få meter til tusenvis av kilometer under det ytterste laget av litosfæren. "
"Selv de minste forandringer i karbonutvekslingen mellom overflaten og undergrunnen vil ha dramatiske konsekvenser for jordens klima - når som helst gjennom historien." - Dr. Mark Lever.
"Å forstå disse utvekslingene er ekstremt viktig for å forstå tidligere, moderne og fremtidige klimaendringer, siden mengden karbon som er til stede i" overflateverdenen "sannsynligvis bare er en ti tusendel av mengden karbon som er til stede i underjordiske sedimenter globalt, og kanskje bare hundre milliondeler av mengden karbon som er til stede i jordskorpen og øvre mantel. "
"Selv de minste forandringer i karbonutvekslingen mellom overflaten og undergrunnen vil ha dramatiske konsekvenser for jordens klima - når som helst gjennom historien."
UT: Kunne den dype biosfæren ha spilt en rolle i jordens utvinning fra utryddelseshendelser som den permisk-triasiske utryddelsen? Det er et enormt spørsmål, men er det noen måte å forstå den dype biosfæren i fortiden, og hvordan den kan ha endret seg over tid?
ML: "Den mest direkte koblingen jeg kan se til den permisk-triasiske utryddelsen går i den andre retningen: det er bevis på at det på samme tid, enten det er knyttet til store meteoriske påvirkninger eller ikke, var en økning i frigjøring av metan fra metanhydrater, dvs. "metanis" som dannes ved lav temperatur og under høyt trykk i havbunnen. "
”Det meste av metan og metanhydrat, som er til stede i havbunnen, er sannsynligvis produsert av mikroorganismer som lever meter til hundrevis av meter under havbunnen. Den brå frigjøringen av enorme mengder av den potente klimagassmetan, som stort sett ble produsert av mikroorganismer i den dype biosfæren, kan ha bidratt til utryddelsen Perm-Triass. "
”Det er mikroorganismer i verdenshavene som spiser metan og puster oksygen. Når mengden oppløst metan økte, kan disse mikroorganismer ha brukt opp alt det oppløste oksygenet i deler av verdenshavene, og bidratt til utryddelse av mange marine dyr som krever oppløst oksygen for å puste og overleve. ”
UT: Jeg tenker stadig på den dype biosfæren som et slags "hvelv" for jordisk genetisk materiale, en slags utilsiktet oppbevaring. Tror du det er noe nøyaktighet med den ideen?
ML: “Jeg liker veldig godt” hvelv ”-konseptet, og synes det er fornuftig fordi visse miljøtyper av jordas indre, f.eks. ultramafiske bergarter, basaltisk skorpe, har sannsynligvis holdt seg ganske like siden livets opprinnelse for omtrent fire milliarder år siden. ”
"Den mikrobielle" hvelv-ideen "gjelder sannsynligvis hovedsakelig for levende organismer, som har mekanismer for å reparere deres genetiske informasjon, dvs. DNA og RNA."
"Det virker usannsynlig at vi noen gang vil kunne gjenvinne intakte gensekvenser fra jordas tidligste levende organismer i den dype biosfæren." - Dr. Mark Lever, DCO.
“DNA og RNA er utmerkede energi- og næringskilder for mange mikroorganismer, og blir raskt nedbrutt av disse hvis de frigjøres til miljøet. De blir også ødelagt av spontane kjemiske reaksjoner - som oppstår selv i levende celler. Levende celler kan oppdage de fleste av disse spontane mutasjonene, reparere dem og derved opprettholde intakt genetisk informasjon som lar dem holde seg i live. DNA eller RNA fra døde organismer blir imidlertid ikke reparert. "
“Små mengder relativt intakt DNA- eller RNA-sekvenser kan bevares i naturtyper i løpet av tusenvis av år, eller noen ganger noen få millioner år, men muligens ikke utover det. Det virker usannsynlig at vi noen gang vil kunne gjenvinne intakte gensekvenser fra jordas tidligste levende organismer i den dype biosfæren. "
UT: DCO har gjort noen fantastiske oppdagelser. Hva er det neste for DCO, og hva tror du vil være retningen for fremtidig forskning på den dype biosfæren?
ML: “DCOs finansieringsperiode gjennom Alfred P. Sloan Foundation kommer til slutt høsten 2019. En stor sluttkonferanse blir avholdt på National Academy of Sciences i Washington DC neste oktober, der de ti årene av DCO-eksistens vil bli feiret, og fremtidige retninger for dyp karbonrelatert vitenskap vil bli utforsket. "
”Det er mange diskusjoner blant DCO-forskere om måter å opprettholde dette mangfoldige, tverrfaglige fellesskapet av geofysikere, geologer, geokjemister og mikrobiologer. En begivenhet som vil fortsette å bringe oss sammen er en Gordon Research Conference tema "Deep Carbon Science", som fant sted for første gang sommeren 2018, og - på grunn av den store suksessen - planlegges å skje hvert annet år fra nå av. ”
”En viktig retning er jordskjelvets betydning for å støtte den dype biosfæren. Jordskjelv skaper nytt leveområde for mikroorganismer ved å sprekke jordskorpen og la mikrober til å kolonisere disse bruddene og få tilgang til berg-avledede energikilder, for eksempel redusert jern. Jordskjelv pumper også dypt hentede væsker som er rike på mikrobielle energisubstrater, for eksempel hydrogen eller metan, fra det ubeboelige jordens indre til grunnere, beboelige soner, og kan dermed tillate at dypt liv sprer seg på boom- og byssykluser i seismisk aktive regioner. ”
UT: Hva synes du personlig er den mest spennende oppdagelsen som kommer fra DCO?
"... vinduet med muligheter for grunnleggende vitenskapelige funn om jordens karbonsyklus er fortsatt stort." - Dr. Mark Lever, DCO.
"For meg er det mest spennende funnet at den vulkanske strømmen av CO2 i atmosfæren er dobbelt så høy som tidligere antatt. Dette funnet - sammen med mange andre av DCO - viser hvordan eksisterende modeller av karbonsyklusen, spesielt med tanke på utveksling av karbon mellom overflaten og undergrunnen, fremdeles er et arbeid. Følgelig er muligheten for grunnleggende vitenskapelige funn om jordens karbonsyklus enorm. "
- Deep Carbon Observatory nettsted
- Center for Dark Energy Biosphere Investigations Nettsted
- DCOs pressemelding: Life in Deep Earth utgjør 15 til 23 milliarder tonn karbon - hundrevis av ganger mer enn mennesker
