Vedci s observatóriom hlbokých uhlíkov (DCO) transformujú naše chápanie života hlboko vo vnútri Zeme a možno aj do iných svetov. Ich objavy naznačujú, že bohatý život by mohol existovať na spodných povrchoch iných planét a mesiacov, aj keď sú teploty extrémne a nedostatok energie a živín. Objavili tiež, že všetok život skrytý v hlbokej Zemi obsahuje stokrát viac uhlíka ako celé ľudstvo a že hlboká biosféra je takmer dvojnásobkom objemu všetkých oceánov Zeme.
„Existujúce modely uhlíkového cyklu ... stále prebiehajú.“ - Dr. Mark Lever, riadiaci výbor Spoločenstva pre komunitu Deep Life. “
DCO nie je zariadenie, ale skupina viac ako 1 000 vedcov z 52 krajín vrátane geológov, chemikov, fyzikov a biológov. Blížia sa ku koncu 10-ročného projektu, aby preskúmali, ako cyklus Hlboký uhlík ovplyvňuje Zem. 90% zemského uhlíka je vo vnútri planéty a DCO je naša prvá snaha to naozaj pochopiť.
DCO je globálnym úsilím. Tímy vedcov preskúmali niektoré z najhlbších baní na Zemi, vŕtali sa hlbšie do dna oceánu ako kedykoľvek predtým a preskúmali sopky v snahe pochopiť hlboký uhlíkový cyklus Zeme. A ešte nie sú úplne hotové.
Objavili podivný podzemný svet, ktorý má medzi 245 až 385-krát toľko uhlíka ako celé ľudstvo. Podľa DCO žije 70% baktérií a archaea Zeme pod zemou a existujú v najhlbšej známej podpovrchovej vrstve. A niektoré z nich sú zombie.
Niektoré z nich existujú v prostrediach s extrémne nízkym obsahom energie a živín. Sotva rastú a svoje dostupné zdroje míňajú skôr na to, aby sa sami udržali, než aby rozmnožovali. Tieto „zombie“ baktérie môžu žiť milióny rokov bez reprodukcie, ohromujúci objav s dôsledkami na históriu života na Zemi a existenciu života na iných svetoch.
Pre hlbší pohľad na prácu DCO som hovoril s Dr. Markom Leverom, geomikrobiológom a profesorom Švajčiarskeho federálneho technologického inštitútu v Zürichu. Lever je tiež v riadiacom výbore komunity pre hlboký život DCO, a dáva nám hlbší pohľad na prácu DCO, čo má budúcnosť a aké dôsledky to má na hľadanie života.
Nasledujú výňatky z e-mailového rozhovoru s Dr. Leverom, ktorý diskutuje o cykle hlbokého uhlíka a živote hlboko vo vnútri Zeme.
UT: Viem, že vedci sa zdráhajú špekulovať príliš veľa, a to z dobrého dôvodu. Vesmírny magazín je však predovšetkým webovou stránkou o vesmírnej vede a viem, že naši čitatelia sa budú čudovať, ako sa tieto znalosti týkajú vyhľadávania života v našej slnečnej sústave. Mars? Ľadové mesiace? Iné svety?
ML: „Veľa sa hovorilo o využití základných poznatkov získaných štúdiom hlbokého uhlíkového cyklu Zeme na skúmanie obývateľnosti a uhlíkových cyklov na iných planétach a planetárnych mesiacoch v našej slnečnej sústave. Podobne ako planéta Zem, ktorá má vo svojom podpovrchovom horninovom a sedimentárnom prostredí bohatú a obrovskú biosféru, môžu mať tieto planéty a ich mesiace plodnú a rozmanitú biosféru pod svojimi často neobývateľnými povrchmi. ““
„… Naša planéta by sa mohla ukázať ako… perfektné testovacie prostredie pre technológie, ktoré umožnia objavenie a podrobné štúdium života inde v našej slnečnej sústave aj mimo nej.“ - Dr. Mark Lever.
„Mnoho technológií používaných na skúmanie hlbokého života na Zemi, vrátane vrtných technológií, ktoré poskytujú prístup k vzorkám bez kontaminácie z kilometrov pod morským dnom alebo zdola hlbokých antarktických ľadových útvarov a sofistikovaných automatizovaných monitorovacích nástrojov a nástrojov, ktoré boli vyvinuté , bude nevyhnutné na preskúmanie týchto mimozemských systémov. “
„Ukázalo sa, že naša planéta je - čiastočne sponzorovaná DCO - dokonalým testovacím miestom pre technológie, ktoré umožnia objavenie a podrobnú štúdiu života inde v našej slnečnej sústave aj mimo nej.“
„Tiež si myslím, že vedecké poznatky sú relevantné pre nájdenie a objavenie života na iných planétach. Jedným z hlavných ohnísk výskumu Observatória hlbinného uhlíka je identifikovať hranice života - a biologického cyklovania uhlíka - na Zemi. Ktoré premenné určujú, kde život môže alebo nemôže existovať na Zemi? Spoločnosť Everett Shock vhodne vytvorila pojem „biotický okraj“, aby opísala túto pomyselnú hranicu v podmienkach prostredia, ktorá oddeľuje obyvateľov od neobývateľných. “
„Interiér Zeme je veľmi sľubným miestom na skúmanie tohto biotického okraja, pretože existuje obrovský rozsah podmienok, pokiaľ ide o teplotu, pH, tlak, priestor v póroch, koncentráciu živín a dostupnosť energie. Niekoľkým expedíciám (DCO) sa podarilo vŕtať do hlbokých sedimentov a horninových formácií a dokázal dokumentovať, ako sa biomasa a množstvo života postupne zmenšujú, až kým sa život blíži alebo nedosiahne detekčný limit. “
„Ak život na mimozemských telách zdieľa rovnakú alebo podobnú biochémiu ako na Zemi, potom je pravdepodobné, že pre tieto ďalšie mimozemské telá bude relevantné pochopenie toho, čo riadi a obmedzuje distribúciu života na Zemi.“
„Pokiaľ ide o planétové telesá, ktoré sme začali podrobnejšie skúmať, naša súčasná veľkosť vzorky je 1. Rozsah, v akom sú naše interpretácie správne alebo dokonca univerzálne, je možné určiť iba študovaním ďalších planetárnych telies nad rámec tých, ktoré v súčasnosti žijeme. ďalej. "
UT: Bude mať táto nová znalosť uhlíkového cyklu Zeme a hlbokej biosféry nejaký vplyv na naše pochopenie zmeny klímy, a to nielen teraz, ale aj v hlbšej minulosti?
ML: „Cieľom cyklu Hlboký uhlík bolo zlepšiť základné porozumenie uhlíkového cyklu od vzniku Zeme. Väčšina tohto výskumu má zásadný význam pre súčasné a minulé zmeny podnebia tým, že prispieva k lepšiemu porozumeniu faktorov, ktoré riadia výmeny uhlíka medzi „povrchovým svetom“ - atmosférou, hydrosférou a najvzdialenejšou vrstvou litosféry - a „Hlboká podpovrchová vrstva“, tj väčšina planéty, ktorá leží kdekoľvek od niekoľkých metrov po tisíce kilometrov pod vonkajšou vrstvou litosféry. “
„Aj tie najmenšie zmeny vo výmene uhlíka medzi povrchovým a podpovrchovým svetom by mali dramatické následky pre klímu Zeme - kedykoľvek počas celej jeho histórie.“ - Dr. Mark Lever.
„Pochopenie týchto výmen je mimoriadne dôležité pre pochopenie minulých, súčasných a budúcich klimatických zmien, pretože množstvo uhlíka, ktoré je prítomné v„ povrchovom svete “, je pravdepodobne iba desaťtisícina množstva uhlíka, ktoré je prítomné v podpovrchových sedimentoch na celom svete, a možno len stotisícina množstva uhlíka, ktoré je prítomné v zemskej kôre a hornom plášti. “
„Aj tie najmenšie zmeny vo výmene uhlíka medzi povrchovým a podpovrchovým svetom by mali dramatické následky pre klímu Zeme - kedykoľvek počas celej jeho histórie.“
UT: Mohla hlboká biosféra zohrať úlohu pri zotavovaní Zeme z udalostí, ktoré vyhynuli, ako je napríklad Permiansko-triasové vyhynutie? Je to obrovská otázka, existuje však nejaký spôsob, ako porozumieť hlbokej biosfére v minulosti a ako sa mohla v priebehu času zmeniť?
ML: „Najpriamejšia väzba, ktorú vidím na Permiansko-triasové vyhynutie, je opačným smerom: existujú dôkazy, že približne v rovnakom čase, či už v súvislosti s veľkými meteorickými vplyvmi alebo nie, došlo k zvýšeniu uvoľňovania metánu z metánové hydráty, tj „metánový ľad“, ktorý sa vytvára pri nízkej teplote a pod vysokým tlakom na morskom dne. “
„Väčšinu metánu a hydrátu metánu, ktorý sa nachádza v morskom dne, pravdepodobne produkujú mikroorganizmy žijúce metrov až stovky metrov pod morským dnom. Náhle uvoľnenie obrovského množstva silného metánového skleníkového plynu, ktorý bol vo veľkom produkovaný mikroorganizmami hlbokej biosféry, mohlo prispieť k Permian-triasovému vyhynutiu. ““
„V oceánoch sú mikroorganizmy, ktoré jedia metán a dýchajú kyslík. Keď sa množstvo rozpusteného metánu zvýšilo, tieto mikroorganizmy mohli spotrebovať všetok rozpustený kyslík v častiach oceánov a prispeli k zániku mnohých morských živočíchov, ktoré vyžadujú, aby rozpustený kyslík dýchal a prežil. ““
UT: Stále uvažujem o hlbokej biosfére ako o druhu „trezoru“ pre Zemský genetický materiál, akési neúmyselné bezpečie. Myslíte si, že existuje nejaká presnosť tohto nápadu?
ML: „Veľmi sa mi páči koncepcia„ trezoru “a myslím si, že to dáva zmysel, pretože určité typy prostredia vo vnútri Zeme, napr. ultramafické horniny, čadičová kôra, pravdepodobne zostali dosť podobné od vzniku života približne pred štyrmi miliardami rokov. “
Myšlienka „mikrobiálneho“ trezoru ”sa pravdepodobne týka najmä živých organizmov, ktoré majú mechanizmy na opravu svojich genetických informácií, t. J. DNA a RNA.“
„Zdá sa nepravdepodobné, že by sme niekedy dokázali obnoviť neporušené génové sekvencie z najranejších živých organizmov Zeme v hlbokej biosfére.“ - Dr. Mark Lever, DCO.
„DNA a RNA sú vynikajúcimi zdrojmi energie a živín pre mnoho mikroorganizmov, ktoré sa rýchlo degradujú, ak sa uvoľňujú do životného prostredia. Ničia sa tiež spontánnymi chemickými reakciami - ktoré sa vyskytujú dokonca aj v živých bunkách. Živé bunky dokážu detekovať väčšinu týchto spontánnych mutácií, opraviť ich a tým zachovať neporušené genetické informácie, ktoré im umožnia zostať nažive. DNA alebo RNA z mŕtvych organizmov sa však neopravuje. “
„V podpovrchových biotopoch sa môže zachovať malé množstvo relatívne neporušených sekvencií DNA alebo RNA v časovom období tisícov alebo niekedy niekoľko miliónov rokov, ale pravdepodobne nie neskôr. Zdá sa nepravdepodobné, že by sme niekedy boli schopní získať neporušené génové sekvencie z najranejších živých organizmov Zeme v hlbokej biosfére. “
UT: DCO urobil niekoľko úžasných objavov. Čo bude ďalej pre DCO a čo podľa vás bude smerovať budúci výskum hlbokej biosféry?
ML: „Obdobie financovania DCO prostredníctvom Nadácie Alfreda P. Sloana sa končí na jeseň 2019. Na Národnej akadémii vied vo Washingtone DC sa budúci október uskutoční veľká záverečná konferencia, počas ktorej sa uskutoční 10 rokov existencie DCO. budú oslavované a budú sa skúmať budúce smery pre hlbokú vedu súvisiacu s uhlíkom. “
„Vedci DCO vedú veľa diskusií o spôsoboch udržiavania tejto rôznorodej interdisciplinárnej komunity geofyzikov, geológov, geochemistov a mikrobiológov. Jednou z udalostí, ktorá nás bude spájať, je výskumná konferencia v Gordone s tematikou „Deep Carbon Science“, ktorá sa konala prvýkrát v lete 2018, a kvôli jej veľkému úspechu sa odteraz bude konať každé dva roky. "
„Jedným dôležitým smerom je dôležitosť zemetrasení pri podpore hlbokej biosféry. Zemetrasenia vytvárajú nové biotopy pre mikroorganizmy zlomením zemskej kôry a umožnením mikróbom tieto zlomeniny kolonizovať a získať prístup k zdrojom energie pochádzajúcich z hornín, ako je napríklad znížené množstvo železa. Zemetrasenia tiež čerpajú tekutiny s hlbokými zdrojmi, ktoré sú bohaté na mikrobiálne energetické substráty, ako napríklad vodík alebo metán, z neobyvateľného vnútrozemia Zeme do plytších a obývateľnejších zón, a môžu tak umožniť šíreniu hlbokého života v cykloch rozmachu a krachu v seizmicky aktívnych oblastiach. "
UT: Čo si osobne myslíte, že je najúžasnejší objav pochádzajúci z DCO?
„... priestor na zásadné vedecké objavy týkajúce sa uhlíkového cyklu Zeme zostáva obrovský.“ - Dr. Mark Lever, DCO.
„Podľa mňa je najviac vzrušujúce zistenie, že sopečný tok CO2 do atmosféry je dvakrát taký vysoký, ako sa pôvodne myslelo. Toto zistenie - spolu s mnohými ďalšími DCO - ukazuje, ako stále prebiehajú existujúce modely uhlíkového cyklu, najmä pokiaľ ide o výmeny uhlíka medzi povrchovým a podpovrchovým svetom. V dôsledku toho zostáva okno pre základné vedecké objavy týkajúce sa uhlíkového cyklu Zeme obrovské. ““
- Webová stránka observatória hlbinného uhlíka
- Webová stránka centra pre výskum biosféry temnej energie
- Tlačová správa DCO: Život v hlbokej krajine spolu 15 až 23 miliárd ton uhlíka - stokrát viac ako ľudia
