Muistsed bakterid peaaegu kaks miili maapinnast: just see tõmbas Tullis Onstotti elu otsima kõige tõenäolisemasse kohta. Geomikrobioloog osales äsja USA energiaministeeriumi 1992. aasta koosolekul, kus arutati enam kui 200 miljoni aasta vanuseid kive, mis on vanemad kui enamik dinosauruseid. Need eelajaloolised kivimid olid gaasiuurimiskaevust üles kaevatud ja osutusid bakteriteks.
Seotud sisu
- Saladuslik marsi "lillkapsas" võib olla võõraste elude viimane vihje
- Aastakümnete pikkune otsing maavärina puurimiseks võib varsti maksta mustuse
"See oli minu jaoks päris hämmastav, " ütleb Princetoni ülikooli Onstott. "Idee, et need bakterid elasid nendes triassilistes kivimites alates ajast, mil nad olid enne dinosauruste vanust ladestunud, haarasid mind välja, " ütleb ta.
Need kivimid olid esimeste oluliste tõendite seas selle kohta, et elu eksisteeris miilides maa all, ja nad alustasid teadlaste jõupingutusi elu uurimiseks niinimetatud sügavas maa-aluses pinnases. Viimase 20 aasta jooksul on Onstott ja teised leidnud, et palju halvemates kohtades on elu mitmekesisem kui keegi oli osanud ette kujutada.
Sügavat elu on leitud kogu maailmas ja erinevates tingimustes - naftamaardlates ja kullakaevandustes, Gröönimaa ja Antarktika jääkihtide all ning ookeani põhja all olevates setetes ja kivimites. Need kohad võivad olla äärmiselt vaenulikus keskkonnas, mille rõhk on 10–100 korda suurem kui pinnal. Temperatuur võib ulatuda peaaegu külmumisest kuni enam kui 140 kraadi Fahrenheiti järgi.
Meri või rohkem pinna all pole päikesevalgust ja väga vähe hapnikku. Sellistes karmides keskkondades peavad olendid kriimustama elatist energiast, mida nad saavad oma ümbrusest koguda. See tähendab, et sealne elutempo võib mõnikord olla uskumatult aeglane. Need mikroobid võivad olla tuhandeid või miljon korda vähem arvukad kui nende vennad maapinnast. Ja mõned võisid olla elanud juba sadu, tuhandeid või isegi miljoneid aastaid - tõelised mikroskoopilised metuselahlased.
Need sügava olendid on mitmekesised, koosnedes bakteritest ja teistest üherakulistest organismidest, mida nimetatakse arhaeaks. Pinnast allpool on isegi mitmerakulisi loomi, sealhulgas pisikesi usse, keda nimetatakse nematoodideks.
"Mis on üllatav, kui jätkame selle sügava varjatud universumi uurimist, on see, et see on seal allpool keerukam, kui oleksime võinud ette kujutada, kui 90ndatel hakkasime Triassi proove vaatama, " ütleb Onstott.
See keerukus on teadlastele avanud võimaluste maailma, alates mürgiste jäätmete koristamisest kuni maavälise elu otsimiseni. Mõned neist sügavatest organismidest toituvad otse metallidest ja mineraalidest ning võivad mõjutada põhjavett, suurendades või vähendades arseeni, uraani ja toksiliste metallide taset. Teadlased loodavad, et neid baktereid saab peagi kohandada selliste kahjulike ainete püüdmiseks või eemaldamiseks sellistest asjadest nagu kaevandusest lekkiv reovesi.
Kuid võib-olla kõige häirivam on idee, et sügaval maa all olevad tingimused on nii võõrad, et nad võivad uurijatele anda vihjeid maavälise elu kohta - ja kuidas see elu välja võiks näha.
"See on otseselt seotud sellega, kas elu võiks eksisteerida Marsi pinna all, " ütleb Onstott. "See tõmbas mind tõepoolest sellesse valdkonda ja on minu jaoks siiski edasiviiv juht."
Äärmuslike keskkondade ja organismide suhtelise vähesuse vahel lähevad teadlased mikroobide uurimiseks väga pikale ja sügavale. Nad astuvad miinidesse ja koobastesse või kasutavad harjutusi proovide võtmiseks maapealsetest aladest või ookeani põhjast. Mõnes piirkonnas võib isegi ühe proovi saamiseks kuluda mitu päeva. "Maa pinnasesse puurimine või Arktikasse minek ja miili maa alla minek proovi saamiseks pole see lihtne, " ütleb Onstott.
Hellike sügavuste uurimine
Peaaegu miil maapinnast madalamal, Lõuna-Aafrika Beatrixi kullakaevanduses, otsib Maggie Lau elu. Kuum ja niiske ning ainult esilaternad rikuvad pimedust, kuna Princetoni ülikooli Onstotti rühma geomikrobioloog Lau kogub puuraukudest vett. Need on augud, mille geoloogid on kaevandamise eel gaasi- ja veetaskut otsinud kivisse. Lau täidab viaali valiku gaasi- ja veeproovidega, mille maht ulatub vähem kui teelusikatäiest kuni pisut üle kahe pinti.
Maggie Lau kogub puuraukude vett viaalis, mis asub rohkem kui kaks miili maapinnast madalamal Lõuna-Aafrika Vabariigis TauTona kullakaevanduses. (Francois Vermeulen (geoteaduste juht, AngloGold Ashanti Limited)) Gaas, mida Lau kogub, näitab, kui vana on vesi. "Minu uuritavad proovid on umbes 40 000 kuni 80 000 aastat vanad, " ütleb ta. Vesi võis pärineda maapinnast ja sadenenud pragude kaudu tuhandete või isegi miljonite aastate jooksul, viies mikroorganismid kas pinnast või maa-aluste madalamate alade piirkondadest allapoole.
Erinevalt veest kulgeb Lau uurimiskohale kiiremini ja dramaatilisemalt. Ta suundub liftipuuris miinivõlli alla - see langeb vähem kui minutiga peaaegu miili - ja kõnnib seejärel laaditud seljakotiga miili või rohkem. Mõne tunneli puhul peavad teadlased indekseerima, lohistades oma pakid taga või kõndides üleujutatud lõikudes põlve- või reiekõrguses asuvas vees. Mõnikord pole pärast rasket tööpäeva tõstuk puuri saadaval ning Lau ja Onstott peavad treppidest üles tagasi minema. "Me tegime nalja, et see oli nagu trepp taevasse, " räägib naine.
Põrgulistes sügavustes, kus vesi võib ulatuda 130 kraadi Fahrenheiti järgi ja kivid ise on sageli puudutuseks soojad, pole palju elu. Analüüsi jaoks võimalikult paljude elusrakkude kogumiseks jätab Lau osa oma viaale, et filtrida mitme nädala või mõne kuu jooksul sadu kuni tuhandeid galloneid vett.
Umbes miili pinnast madalamal võib Lau leida vähem kui teelusikatäies vees 1000–10 000 rakku. See võib tunduda palju, kuid näputäis mulda teie tagaaiast võib sisaldada 100 000 kuni miljonit korda rohkem rakke. Kohtades, mis asuvad rohkem kui miil maa all, võib teelusikatäis vett olla ainult 500 rakku. Lau hinnangul oleks ta pidanud 200 päeva jooksul vett pidevalt filtreerima, et saada analüüsiks piisavalt DNA ja RNA-d.
Bakteriliikide kasvatamine laboratooriumis võib olla keeruline, ilma et nad teaksid konkreetset toitu, mida nad söövad, või täpseid tingimusi, milles nad õitsevad. Teadlased on suutnud kasvatada vaid umbes ühe protsendi bakteritest, mida nad oma sügava põllu kohtades leiavad. Selle tulemusel on enamik liike teada ainult nende ainulaadsete molekulaarsignatuuride järgi - ja DNA või RNA järjestamine on paljastanud hulga varem tundmatuid baktereid proovides, mille teadlased on sinna kogunud.
Selles aeglustatud videos näidatakse teadlasi, kes koguvad Lõuna-Aafrika kullakaevanduses proove. (autor: Gaetan Borgonie)Viimati astub Lau sammu kaugemale, et teada saada, mis seal allpool elab - ta soovib teada, mida nad elatise nimel teevad. Ilma päikesevalguse ja taimedeta, et päikeseenergia fotosünteesi kaudu lõksu saada, peavad need sügavalt elavad bakterid kivide ja vee vahelistes keemilistes reaktsioonides energia saamiseks ellu jääma. Need reaktsioonid võivad tekitada vesinikku, metaani ja sulfaate ning teadlased arvasid, et need kolm kemikaali toidavad enamiku nendes sügavas keskkonnas elavaid baktereid.
Enda üllatuseks leidis Lau, et see pole nii. Selle asemel toidavad kemikaalid vaid väikest osa bakteritest, mis toodavad seejärel väävlit ja nitraate. Nendes keskkondades domineerisid bakterid, mis toitsid neid sekundaarseid kemikaale.
See tähendab, et otsides sügavat elu kas Maal või teistes maailmades, peaksid teadlased otsima laiemat hulka metaboolseid reaktsioone. „Ärge keskenduge ainult vähestele suurtele protsessidele. Me peaksime olema avatumad, et vaadata täielikku ja täielikku metaboolset maastikku, ”ütleb Lau.
„Võimalus näha tegelikult seda, mida nad kõik seal praegu teevad, on absoluutselt kõige põnevam asi, midagi sellist, mida oleme viimased 20 aastat alati tahtnud teha ja proovida, kuidas teha, ja nüüd saame tee seda lõpuks, ”ütleb Onstott.
"[Lau] esimene pilt, see on nagu esimese pildi saamine Marsilt või midagi muud, see on uskumatu, " lisab ta.
Tõeline loomaaed
Seal, kus on saagiks, on seal tavaliselt röövloomad. Ja bakterid teevad maitsvat sööki paljudele olenditele.
Kui Gaetan Borgonie nendest sügavatest bakteritest kuulis, mõtiskles ta, kas ta võib samadest maa-alustest kohtadest leida ussid nematoodideks, mis toituvad bakteritest. Belgias Gentbrugges asuva ettevõtte Extreme Life Isyensya zooloog Borgonie oli nende ussidega töötanud 20 aastat. Ta teadis, et nematoodid võivad pinnasel elada mitmesuguseid tingimusi, sealhulgas eriti kuuma või külma temperatuuri ja väga madala hapnikusisaldusega, nii et teoreetiliselt sobisid need hästi ka sügaval maa all olevatesse tingimustesse.
Borgonie kutsus kohale Onstotti, kes kutsus teda Lõuna-Aafrika kaevandusi uurima. Kuid nende usside leidmine polnud lihtne. Ehkki neid on pinnal väga palju, pidi Borgonie kaevandustes proovima rohkem kui 2500 gallonit vett, et leida üks nematood. "Peate tõesti oma mõtteviisi muutma ja jätma pinnalt selle, mida teate, sest maa-alune maa on teine planeet, " ütleb ta.
Borgonie avastas kaevandustes elavate nematoodide hulga 3000–12 000 aasta vanuses puuraukudest, samuti kaevanduse tunnelitest rippuvates stalaktiitides. Nende hulka kuulus üks uus liik, mis leiti maapinnast miili all, ja teine tundmatu uss, kes elas rohkem kui kaks miili allapoole. Need loomad olid esimesed tõendid mitmerakulises eukarüootses elus nii sügaval, vahendab Borgonie.
Erinevalt nendest sügavustest leitud ainulaadsetest bakteritest kuulus valdav osa ussidest pinnalt leitud liikidesse. "Need loomad on stressiga juba harjunud ja pinnal oportunistlikud loomad teevad maa all väga hästi, " ütleb Borgonie.
Stabiilses olukorras ja usside röövloomade puudumise tõttu võivad sügavad keskkonnad tõepoolest pakkuda teatud eeliseid. “Nende jaoks on see nagu puhkus, ” ütleb Borgonie.
Valged nooled osutavad bakteritele, mida leitakse Lõuna-Aafrika Vabariigi Kopanangi kullakaevanduse puurkaevu vees asuvates biokiledes. (Gaetan Borgonie) Veendunud, et kaevandustes peab elama rohkem selliseid olendeid, jättis Borgonie oma proovivõtuvarustuse Lõuna-Aafrika Vabariigis Driefonteini kullakaevanduses kaheks aastaks filtreerima üle kolme miljoni galloni vett - see on piisav, et täita peaaegu viis olümpia suurust basseini.
"Siis leidsime kogu loomaaia, " räägib Borgonie. Ta tuvastas mitmed muud mitmerakulised organismid, sealhulgas lame- ja segmenteeritud ussid, samuti koorikloomad. Peaaegu kõik need liigid jäid ellu bakterite söömisega.
Nende organismide avastamine on maavälist elu otsivatele teadlastele julgustav, vahendab Borgonie. "Minu arvates on väga hea, kui me leiame maa alt nii tohutu ökosüsteemi, " ütleb ta. "Kui suudame tõestada, et nad suudavad maapiirides lõputult ellu jääda, võib see olla väga hea uudis inimestele, kes otsivad elu Marsil."
"Mulle väga meeldiks, kui teeksin seda tööd planeedil Mars, " ütleb ta. "Sellepärast ma ütlen alati, et kui nad mulle kunagi ühe suuna pileti Marsile annavad, olen ma läinud."
Tulnuka sügav
Borgoniel ei pruugi veel piletit olla, kuid eelseisvad kosmoseuuringute missioonid võiksid anda meile parema ettekujutuse sellest, kas päikesesüsteemi muud osad võiksid elu toetada.
"Üks asi, mis on andnud inimestele astrobioloogia osas optimismi, on tõdemus, et leidub organisme, mis võivad püsida sellistes tingimustes, mida võiksime pidada väga ekstreemseteks tingimusteks, " ütleb NASA Amesi teaduskeskuse astrobioloog Tori Hoehler. Hoehler on NASA Astrobioloogia Instituudi kiviajamiga elu meeskonna liige, mis uurib, kuidas eri tüüpi kivimite ja vee vahelised reaktsioonid võivad elu toetamiseks luua piisavalt energiat.
"Üks levinumaid elupaiku, mis seal on, on kivimi ja vee poolt määratletud, " ütleb Hoehler. Võite ette kujutada põhjaveekihte, mis istuvad sügaval Marsi pinna all või ookeanid, mis libisevad Jupiteri kuu Europa või Saturni kuu Enceladus kivise maakoore kohal, ütleb ta.
NASA Europa Multiple Flyby-missioon, mis peaks käivituma järgmise viie kuni kümne aasta jooksul, annab teadlastele parema ettekujutuse sellest, kas Jupiteri jäisel kuul on keskkondi, mis võiksid elu toetada. Mis puutub Marsi, siis on teadlased läinud küsima, kas nad leiavad elamiskõlbliku keskkonna, ja otsima tõendusmaterjale elu enda kohta, ütles Hoehler.
Ehkki tingimused Marsi pinnal on praegu eluks väga kõlbmatud, näib, et planeedil on mingil ajal minevikus olnud atmosfäär ja pinnavesi. Kui elu oleks siis arenenud, oleks see võinud levida Marsi aluspinnases, kus keskkond püsis stabiilsena isegi siis, kui pind muutus vaenulikuks. Võimalik, et elu püsib endiselt sügaval maa all, oodates, kuni me selle välja kaevame.
ESA kunstniku renderdatud ExoMars Rover, mis kannab külvikut, mis on kavandatud sondeerima kuni 6, 5 jalga Marsi pinnast allapoole. (ESA) Me ei pea liiga kaua ootama, et saada oma esimene piilumine Marsi pinna alla. Euroopa Kosmoseagentuuri 2018. aasta missioon ExoMars puurib Marsi pinnast umbes kuus jalga allapoole, et otsida elumärke. See ei pruugi elusorganismide leidmiseks olla piisavalt sügav, kuid me peaksime leidma tõestusi elust piisavalt kaugel pinnast.
Rohkem kui 20 aastat pärast seda, kui iidsed bakterid andsid talle esmakordselt ülevaate Maa sügavast elust, ei saa Onstott oodata, et näha seda, mida me Marsil leiame, eriti kui teadlased suudavad natuke sügavamale kaevata.
"Kui Marsil on mõni magus koht, kus kuskil on just õige temperatuur ja vesi, siis võivad nendes tingimustes ellu jääda organismid."
Lisateavet selle uurimistöö ja muu kohta leiate Deep Carboni vaatluskeskusest.
