Mõni miil lõuna pool Wyomingis, Lovellist, Montana piiri lähedal, algab Burlingtoni põhjaraudtee järkjärguline tõus karjamaadelt ja puuvillaseemnetest. Rada tõuseb mesi värvi kurjaks, mis on läbi lõigatud Madisoni lubjakivist - moodustis, mis oli juba iidne selleks ajaks, kui dinosaurused tiirlesid Wyomingi mererandades, ja kulgeb seejärel maa-aluse kambri kohal, 30 jalga all, mida nimetatakse Alam-Kane'i koopaks. Koopa sissepääs on peaaegu nähtamatu, pragu on peaaegu mattunud raudtee muldkeha järsku kuhjatud killustikku.
Seotud sisu
- Elu päritolu
- EcoCenter: maa
Komistades teadlaste meeskonna selja taha hüppeliigese keerduva nõlva, surusin jalad kõigepealt läbi 30-tollise prao. Kahekordne painutatud ja sirgena edasi liikudes libisesin kiiresti liikuvasse ojasse ja uitasin neljakesi, enne kui leidsin piisavalt ruumi mudakaldal püsti seista. Mu silmad kohanesid peagi esilaterna hämara säraga, kuid mu nahk jäi kleepuvaks; erinevalt enamikust selle laiuskraadi koobastest, mis püsivad aastaringselt meeldivalt jahedad, püsib Alam-Kane'is temperatuur ebamugavalt niiske 75 kraadi juures. Äge, mädane lõhn torkas mu kurku.
Alam-Kane'is pole ühtegi maa-aluste turismikohtade, näiteks New Mexico Carlsbadi koobaste või Kentucky MammothCave sädelevaid sambaid ega paekivist draperisid. Vahetult suurem kui tüüpiline New Yorgi metroojaam, puudub Alam-Kane'is isegi kõige nõmedam stalaktiit. Ometi osutub see enneolematu koobas teaduslikuks kullakaevanduseks, viies oma niiskesse sügavusse energilise teadlaste rühma, mida juhib Texase ülikooli Annette Summers Engel. Kolmest vedrutoitega basseinist mullitavate mürgiste gaaside eest kaitsmiseks kaitsemaske kandev meeskond tegeleb viimase 30-aastase peatükiga, et mõista Kane esindatud koopa haruldast ja eksootilist vormi; neist niinimetatud aktiivsetest sulfiidikoobastest on kogu maailmas leitud vaid kümmekond. Kui seda 1970. aastate alguses esmakordselt välja pakuti, oli nende päritolu teooria nii vastuoluline, et teadlaskonnal oli selle omaksvõtmiseks ligi kaks aastakümmet. Lõpuks kummutas nende koobaste ebaharilik geokeemia tavapärase mõtlemise nende moodustamise üle.
Veelgi olulisem on, et pimeda elu avastamine - mis tähistab mikroobide kolooniaid õitsenguks nendes happega niisutatud, pigi-mustas võõrmaailmas - on heitnud välja pikaajalise veendumuse, et koopad on enamasti viljatud ja steriilsed kohad. Teadlased jahivad nendes kord varjatud sügavustes mikroobid, mis võivad viia uute vähiravimiteni. Ja koopauuringud mõjutavad ka teadlaste mõtlemist maakera elu päritolust ja selle võimalikust olemasolust teistes maailmades. "Koobas on nii erinev keskkond, see on peaaegu nagu teisele planeedile minek, " ütleb New Mexico Techi geomikrobioloog Penny Boston. „Mõnes mõttes on see teine planeet - see osa meie enda planeedist, mida me pole veel uurinud. Nii nagu sügavad ookeanid said teadusele kättesaadavaks alles paarikümne viimase aastakümne jooksul, leiame nüüd koobastes sedalaadi teedrajavat jõupingutust. ”(Koopauuringute telesaade„ Koopade salapärane elu ”õhutab PBS-i NOVA 1. oktoober)
60-ndate aastate lõpus sai StanfordUniversity kraadiõppur, kes otsis oma doktoritöö jaoks väljakutseid pakkuvat teemat, esimene teadlane, kes Wyomingi raudtee muldkeha prao läbi pigistas. Stephen Egemeieri uudishimu äratas kohe Lower Kane'i ebaharilikult sooja temperatuuri ja ebameeldivate lõhnade tõttu. Veelgi võõrasemad olid koobastes harva leiduva muretu valge mineraali tohutud porised hunnikud. See oli kips ehk kaltsiumsulfaat, Sheetrocki või kipsplaadi peamine koostisosa, majaehitusest tuttav materjal. Kui Egemeier avastas, et Alam-Kane'i vedrud polnud mitte ainult kuumad, vaid mullitasid vesiniksulfiidgaasi (mis oli kuulus oma rottennegi lõhna pärast), teoreetiliselt, et vesiniksulfiid töötab Alam-Kane väljakaevamisel aktiivselt. Mis iganes maa-alusest allikast potentsiaalselt mürgine gaas pärines - olgu see siis Yellowstone'i vulkaanide reservuaarid läänes või BighornBasini naftaväljad lõunas -, see puhkes allikaveest koopasse. Looduslikult ebastabiilne reageerides vees hapnikuga väävelhappe moodustamiseks. Hape söödi koopa seinte ääres ära ja tekkis kõrvalsaadusena kips.
Egemeieri teedrajavat uurimistööd ei avaldatud kunagi laialdaselt ja see tõmbas 70ndatel vähe tähelepanu. Kuid samal ajal, kui see lagunes, vaevas teine teadlaste rühm mõnda võrdselt mõistatuslikku koobasmõistatust. Seekord toimus teaduslik detektiivijaht Wyomingi karmidest kanjonitest kaugel olulise turismisihtkoha Carlsbadi koobaste hästi tallatud sügavustes.
Varajane carlsbadi lugu on sisuliselt üksiku inimese, Jim White'i lugu. 1890ndatel teismelisena eksles White oma kämpingu lähedal New Mexico kaguosa Guadalupe mägipiirkondades, kui märkas kummalist tumedat pilvi, mis tiirutas kõrbepõranda alt üles. "Ma arvasin, et see on vulkaan, " ütles ta hiljem, "aga siis ei olnud ma kunagi vulkaani näinud." Jälgides pilve hiiglasliku koopa suudme päritolu, seisis Valge, seda miljonite nahkhiirte valamise vaatemäng kinnitas. nende öisel jahipidamisel. Nii algas tema elukestev kinnisidee Carlsbadi koobaste suhtes, mida ta uuris üldiselt üksi, ainult petrooleumilambi vähesel virvendusel teda juhendades. White'i jutud ulatuslikust maa-alusest labürindist tegid temast midagi kohalikku naeruväärsust, kuni ta veenis fotograafi 1915. aastal koopasse kaasa saatma. Järgnenud kuudel laskis White külastajaid raudse kopaga võnguval vintsil pimedusse 170. jalad allpool. Täna on tema üksildasest kinnisideest muidugi saanud rahvuspark, mis tõmbab aastas pool miljonit külastajat.
Kuid Carlsbadi loo kõige üllatavam külg on see, et isegi 1970ndatel, kui igapäevaseid suviseid külastajaid oli tuhandeid, polnud koobaste mineraloogiat ja selle paljusid mõistatuslikke jooni vaevalt uuritud. Speleoloogia ehk koobaste uurimine oli vaevalt auväärne teadus ja koopaeksperdi Carol Hilli sõnul kippusid peavoolu geoloogid neid, keda see teema köitis, nunnud koobastena vallandama.
Siis, ühel päeval oktoobris 1971, ronis Hill ja veel kolm noort geoloogia kraadiõppurit järsul redelil ühte Carlsbadi kaugemasse kambrisse. Sealsamas tuule tekitatud kummalise müra nimelise müsteeriumitoa ümber klõbistades olid nad segaduses sinakas savist plaastritega ja murenenud, rukkihelbekujuliste koorikutega seintel. Odder olid mujal koopas endiselt pehme valge mineraali massilised klotsid. Selliseid klotse ei tohiks seal üldse olla.
Esiteks lahustub see mineraal, kips, kiiresti vees. Ja koobaste moodustumise tavapärane seletus hõlmab vee - palju selle - miljonite aastate jooksul lubjakivi kaudu läbi imbumist. Keemia on lihtne: kui vihm satub atmosfääri kaudu ja torkab pinnasesse, korjab see süsinikdioksiidi ja moodustab nõrga happelise lahuse, süsihappe. See kergelt söövitav põhjavesi sööb lubjakivi ära ja söövitab koonega läbi eoonide.
Selle üldtunnustatud teooria kohaselt peaksid kõik lubjakivikoopad koosnema pikkadest kitsastest koridoridest. Kuid nagu keegi, kes on Carlsbadi peamisest vaatamisväärsusest Big Room läbi asunud, teab, on see hiiglaslik katedraalitaoline saal, mis ulatub üle kuue jalgpalliväljaku. Kui suur maa-alune jõgi oleks selle tohutu koopa välja raiunud, oleks ta pidanud kõik oma teel olevad teed, sealhulgas kipsi, hävitama või minema pühkima. Kuid hiiglaslikud valged hunnikud, kuni 15 jalga paksud asjad, asuvad suure toa põrandal, mis on üks suurimaid kooparuume maailmas.
Hämmingus oli Hill sunnitud järeldama, et Guadalupe mägedes pidi töötama mõni drastiliselt erinev meetod koobaste moodustamiseks. Varsti jõudis ta välja Egemeieriga sarnase teooriaga: et läheduses asuvate nafta- ja gaasiväljade eraldatud vesiniksulfiid oli tõusnud läbi mägede ja reageerinud põhjavees oleva hapnikuga väävelhappe saamiseks, mis oli siis koobad miljonite aastate jooksul ära söönud. .
Tema vesiniksulfiidi teooria äratas geoloogides intensiivset skepsist, kes otsisid tõestust, mida Carlsbad kui "surnud" või ei moodusta enam koobast, ei suutnud pakkuda. Hilli teooria kinnitamiseks pidid teadlased uurima saiti, kus väävelhape veel koopas söömas käis - nagu see oli Alam-Kane'is. Kuid aastate jooksul oli raudtee ääres asuv väike koobas enam-vähem unustatud.
1987. aastal ilmus viimaks Hilli põhjalik uurimus Guadalupese kohta, mis langes kokku Stephen Egemeieri teose avaldamisega pärast tema surma 1985. aastal. Need uuringud koos käputäie muude aktiivsete väävelhappe koobaste uute avastustega kogu maailmas tõestasid ilma igasuguse kahtluseta. et mõnes piirkonnas moodustasid koopad väävelhape. Kuid nüüd kerkis esile veel tüütum küsimus: kuidas saaks elu õitseda pimedates pimedates koobastes, mis on täis mürgist gaasi?
Üks minu õudsematest hetkedest Alam-Kane'i külastades oli see, kui ma suunasin oma taskulambi valgusvihu ühte koopa kolmest basseinist. Vahetult veepinna all sirgus hullumeelne kihiline, kilekate, sinise-musta, vermilioni ja rõveda Day-Glo oranži tooni, justkui oleks mõni 1960ndate popkunstnik visanud värvi igas suunas. Mõnes kohas meenutasid laigulised, lõhestatud oranžid mustrid mulle NASA pilte Marsi viljatu pinnaga. Teistes tundus, et keegi oleks spagetikastme vette lasknud. Ja ujudes vees otse iga kevade kohal, viisid ämblikud valged kiud, nagu õrnad ämblikuvõrgud, kummitusliku veealuse tantsu altpoolt üles puhutavates hoovustes.
Kõik psühhedeelsed värvid kuulusid bakterimatidele, nähtamatute mikroobide tekitatud süsinikuühendite želatiinkiledele. Neid bakteri aktiivsuse erksaid kõrvalsaadusi võib näha kuhjutamas kuumaveeallikate ümbruses Yellowstone'is ja mujal, ehkki pinnal võivad nad vetikate ja muude organismide konkurentsis rabada neid. Mida nad aga siin Alam-Kane'is tegid, õitsedes nii ohtralt kohas, kus on mürgiseid gaase ja kus pole päikesevalgust?
Enamiku 20. sajandist uskusid teadlased, et ühtegi bakterit ei võiks olla rohkem kui mõni meeter pinnase või ookeanimuda all; allpool, teadlaste arvates, elu lihtsalt füüsiseeris. Siis, 1977. aastal, jõudis imelise avastuseni veidrate torude usside ja muude eksootiliste loomade suhtes, kes kõik olid hiilinud Vaikse ookeani all nii sügavale sukeldatud vulkaanide ümber, et päikesevalgus neile ei ulatu. See muu maailma ökosüsteem osutus peaaegu täielikult väävlit armastavate bakterite aktiivsusest, õitsedes põletusvoogudele ja gaasidele, mida eraldavad merealused tuulutusavad. Peagi järgnesid ka jahmatavad avastused mikroobide kohta teistes ebatõenäolistes kohtades: baktereid leiti tuumadest, mis olid puuritud rohkem kui miil allapoole Virginiat, elamiskõlbmatust Antarktikast pärit kivimitest ja rohkem kui kuue miili sügavusel Vaikse ookeani piirkonnas Marianase kraavi põhjas. Mõni teadlane spekuleerib nüüd, et varjatud maa-alused bakterid võivad võrduda kõigi ülaltoodud elusmaterjalide massidega.
See miljardeid aastaid isoleeritud "tume elu" avab teadlastele ahistavad väljavaated. Mikrobioloogid loodavad, et maa-alused bakterid võivad põhjustada uusi antibiootikume või vähivastaseid aineid. NASA spetsialistid uurivad neid lootuses tuvastada allkirju, mida nad võiksid ära tunda Marsilt pärit rokiproovides või sondides, mis võivad ühel päeval tungida Jupiteri kuude Europa külmunud meredesse.
Kuid kõigi nende maa-aluste vete jahimeeste väljakutse on juurdepääs, kuhu Alam-Kane tuleb. "Koopad pakuvad täiuslikku sissepääsuakent mikroobide aktiivsuse tavaliselt varjatud maailma, " ütleb ülikooli koopauurija Diana Northup. New Mexico osariigis. „Mõni teadlane spekuleerib, et elu arenes kõigepealt maa alla ja liikus tingimuste paranemisel pinnale. Kui see on tõsi, võivad maa-aluste mikroobide uuringud anda vihjeid Maa varaseimate eluvormide olemusele. "
Kuigi LowerKaneCave oli andnud mulle leotuse ja verevalumi või kaks, polnud mu ebamugavused midagi, võrreldes paljude teiste sulfiidikoobaste läbistamiseks vajalike miinuste järgi vingerdamise ja pigistamisega. Selle ligipääsetavus oli üks põhjus, miks Alam-Kane köitis Annette Summers Engelit esmakordselt 1999. aastal ja pärast seda igal aastal, võimaldades nii temal kui ka tema geoloogide, geokeemikute ja DNA-ekspertide meeskonnal teaduslikke seadmeid suhteliselt hõlpsalt sisse ja välja vedada. Nende esialgsed testid kinnitasid kiiresti, et Stephen Egemeieril oli õigus: väävelhape, hapnikuga reageerinud vesiniksulfiidi tulemus, sööb koopa seinu ikkagi ära. Kõige intrigeerivam küsimus oli, kas Alam-Kane'i bakterimatid lisavad happerünnakule. Kuna mõned bakterid tekitavad väävelhapet jäätmetena, tundus see kindlasti võimalik. Summers Engeli plaan oli käsitleda seda küsimust mitme erineva nurga alt. Näiteks DNA-test võib tuvastada konkreetsed mikroobid. Muud testid võivad selgitada, kas mikroob toidab näiteks väävlit või rauda ja kas see on stressis või õitseb.
Esialgsed tulemused tehti teadlaste üle. "Kui me esimest korda Alam-Kane'i jõudsime, " ütles Summers Engel, "eeldasime loomulikult, et iga matt koosneb peamiselt väävlit oksüdeerivatest mikroobidest. See tundus olevat terve mõistus. See, mis me selle asemel leidsime, oli hämmastav keerukus. ”Tegelikult osutus iga matt tegelikult sama mitmekesiseks kui Manhattani linnaosa. Seal oli palju väävlit söövaid mikroobe, kõik toitsid vedrudest mullitavaid gaase. Kuid seal oli segane segu ka teistest bakteritest. Näiteks toitsid mõned, väävlit väärarikkad, naabrite tekitatud jäätmeid. Samuti ei visatud vead juhuslikult kokku. Näiteks väävli söövad bakterid kogunesid mati ülaossa; ahne hapnikutarbijana vajasid nad ellujäämiseks vedru pinnal õhku. Metaanitootjad, kes ei vaja hapnikku, olid koondunud ennustatavalt mati põhja.
Et teada saada, kuidas matid tervikuna koopat mõjutavad, kavandasid teadlased elegantse lihtsuse testi, mis hõlmas kahte plasttoru, millest igaüks sisaldas identseid lubjakivikillusid. Ühe suu kaeti töötlemata plastvõrguga, mis võimaldas nii mikroobidel kui ka allikaveel sees keerduda. Teine oli kaetud membraaniga, mis lubas vett, kuid hoidis mikroobid eemal. Pärast mõlema tuubi kevadel mitme kuu pikkust sukeldamist uuris meeskond mikroskoobi all laastu. Nii happelise veega kui ka mikroobidega kokku puutunud laastud olid tugevamini lõhenenud ja armistunud kui ainult veega kokkupuutuvad kiibid. See oli tõestus, et happeid tootvad mikroobid kiirendasid koopa loomist. "Pole kahtlust, et mikroobid lisavad happekeemiat, mis lahustab lubjakivi, " ütleb Texase ülikooli geokeemik Libby Stern, "ja et ilma vaipadeta moodustuks Alam-Kane tõenäoliselt palju aeglasemas tempos."
Kuid veel üks leid oli veelgi ahvatlevam: täiesti uus mikroobiliik, mille esialgselt tuvastas BrighamYoungUniversity bioloog Megan Porter. Uus organism näib olevat tihedalt seotud mikroobidega, mida leitakse sügavalt Vaikse ookeani merealustest õhkudest, mis on elu tekkimise tõenäoline lähtekoht. "See on põnev avastus, " ütleb Porter, "kuna see tähendab, et LowerKaneCave'is leiduvad metabolismi tüübid on väga iidsed." See sobib ka üha kasvavate tõenditega, et elu võib olla alguse saanud sügavusest. Maa-aluses paradiisis, nagu koopad, merealused õhuavad ja pinnas, oleks primitiivsed mikroobid olnud kaitstud vulkaaniplahvatuste, meteooripommituste ja intensiivse ultraviolettkiirguse eest, mis muutis planeedi oma esimestel aastatel nii elamiskõlbmatuks. Nendes iidsetes varjupaikades, millest inimesed on alles äsja välja mõelnud, kuidas tungida, arenes elu päikesevalgusest kaugel, sageli äärmuslikes kuumuse ja happesuse tingimustes. Kane psühhedeelsed matid tuletavad meile meelde, kui erakordselt mitmekesised ja vastupidavad maa iidsed pioneerid pidid olema.
Kuid koopauuringute silmaring ulatub kaugele meie enda planeedist. Paljud astronoomid ja geoloogid spekuleerivad, et Jupiteri kuu Europa ja Marsi sadama vesi ja pinnase tingimused sarnanevad meie omadega. Kui mikroobid suudavad siin rasketes oludes ellu jääda, siis miks mitte ka seal? "Meie töö koobastes on laiendanud teadaolevaid elu piire meie enda planeedil, " ütleb Penny Boston. "Kuid see on ka suurepärane prooviproov bioloogiliste saitide uurimiseks teistel planeetidel ja meie kujutlusvõime tõukamiseks ühendama maakera sise-maakera kosmosega."
