Вчені з Обсерваторії глибоких вуглецю (DCO) трансформують наше розуміння життя глибоко всередині Землі, а може бути, і в інших світах. Їх відкриття дозволяють припустити, що рясне життя може існувати в підповерхні інших планет і лун, навіть там, де температура надзвичайна, а енергія та поживні речовини дефіцитні. Вони також виявили, що все життя, заховане на глибинній Землі, містить у сотні разів більше вуглецю, ніж усе людство, і що глибока біосфера майже вдвічі перевищує обсяг усіх океанів Землі.
"Існуючі моделі вуглецевого циклу ... все ще тривають." - Доктор Марк Левер, керівний комітет громадських організацій Deep Life.
DCO - це не заклад, а група з понад 1000 вчених з 52 країн, включаючи геологів, хіміків, фізиків та біологів. Вони наближаються до кінця десятирічного проекту, щоб дослідити, як цикл глибоких вуглецю впливає на Землю. 90% вуглецю Землі знаходиться всередині планети, і DCO - це наше перше намагання зрозуміти це.
DCO - це глобальне починання. Команди вчених дослідили деякі найглибші шахти на Землі, пробурили глибше океанського дна, ніж будь-коли раніше, і вивчили вулкани, намагаючись зрозуміти глибокий цикл вуглецю Землі. І вони ще не зовсім закінчені.
Вони відкрили дивний підземний світ, який містить у 245 - 385 разів більше вуглецю, ніж усе людство. За даними DCO, 70% бактерій і архей Землі живуть під землею, і вони існують у найглибшому відомому надр. А деякі з них - зомбі.
Деякі з них існують у середовищі, де вкрай мало енергії та поживних речовин. Вони ледве ростуть і витрачають наявні ресурси на підтримку себе, а не на відтворення. Ці "зомбі" бактерії можуть жити мільйони років без розмноження, приголомшливе відкриття з наслідками для історії життя на Землі та існування життя в інших світах.
Для більш глибокого вивчення роботи DCO я поспілкувався з доктором Марком Левером, геомікробіологом та професором Швейцарського федерального технологічного інституту в Цюріху. Доктор Левер також є членом Наглядового комітету громадських організацій поглибленого життя, і він дає нам більше розуміння роботи DCO, що має майбутнє та які наслідки мають для пошуку життя.
Далі виходять уривки з інтерв'ю електронною поштою з доктором Левером, в якому обговорюється цикл глибоких вуглецю та життя глибоко всередині Землі.
УТ: Я знаю, що вчені неохоче спекулюють занадто багато, з поважних причин. Але Space Magazine - це насамперед веб-сайт про космічну науку, і я знаю, що наші читачі будуть задаватися питанням, як ці знання стосуються пошуку життя в нашій Сонячній системі. Марс? Крижані місяці? Інші світи?
М.Л .: "Багато говорили про використання фундаментальних поглядів, отриманих від вивчення глибинного циклу вуглецю Землі для дослідження пригодності та циклічного обміну вуглецю на інших планетах і планетарних місяцях нашої Сонячної системи. Подібно до планети Земля, яка має багату і обширну біосферу в її надповерхових скельних і осадових середовищах, ці планети та їхні місяці можуть мати плодотворну та різноманітну біосферу під часто нежилими поверхнями ».
"... наша планета може виявитися ... ідеальним полігоном для технологій, які дозволять відкрити і детально вивчити життя в інших місцях нашої Сонячної системи та за її межами". - Доктор Марк Левер.
"Багато технологій, що використовуються для дослідження глибокого життя на Землі, включаючи технології буріння, що забезпечують доступ до зразків, що не забруднюються, з кілометрів нижче морського дна або з-під глибоких антарктичних утворень льоду, і складні автоматизовані засоби моніторингу та інструменти, розроблені , буде важливим для дослідження цих позаземних систем ».
"Наша планета може частково спонсоруватися DCO - ідеальним полігоном для тестування технологій, які дозволять відкрити та детально вивчити життя в інших місцях нашої Сонячної системи та поза нею".
«Я також думаю, що наукові уявлення мають значення для пошуку та відкриття життя на інших планетах. Одним з основних фокусів досліджень Обсерваторії глибоких вуглеців є визначення меж життя - та біологічного кругообігу вуглецю - на Землі. Які змінні визначають, де життя може чи не може існувати на Землі? Еверет Шок влучно ввів термін "біотична бахрома", щоб описати ту уявну межу в умовах навколишнього середовища, яка відокремлює живучу від нежитлової ".
"Інтер'єр Землі є дуже перспективним місцем для вивчення цієї біотичної облямівки через величезний діапазон умов з точки зору температури, рН, тиску, простору пор, концентрації поживних речовин та доступності енергії. Кілька експедицій (DCO) вдалося пробурити глибокі осади та скельні утворення та змогли зафіксувати, як біомаса та достаток життя поступово зменшуються до тих пір, поки життя не наблизиться до межі виявлення ».
"Якщо життя на позаземних тілах поділяє таку чи подібну біохімію до життя на Землі, то розуміння того, що контролює та обмежує розподіл життя на Землі, може бути актуальним для цих інших позаземних тіл".
«Щодо планетарних тіл, які ми почали досліджувати більш детально, наш теперішній розмір вибірки становить 1. Ступінь, наскільки наші інтерпретації є правильними або навіть універсальними, може бути визначена лише шляхом вивчення додаткових планетарних тіл за межами того, в якому ми живемо в даний час. на. "
УТ: Чи матиме це нове знання про кругообіг вуглецю та глибину біосфери на наше розуміння змін клімату не лише зараз, але й у глибшому минулому?
М.Л .: «Циклом глибокого вуглецю було покращення фундаментального розуміння вуглецевого циклу з часу утворення Землі. Більшість цих досліджень є принципово важливими для сучасних та минулих змін клімату, оскільки воно сприяє кращому розумінню факторів, що контролюють обмін вуглецю між "поверхневим світом" - атмосферою, гідросферою та найвіддаленішим шаром літосфери - та "Глибока надра", тобто більша частина планети, яка лежить десь від кількох метрів до тисяч кілометрів нижче самого зовнішнього шару літосфери ".
"Навіть найменші зміни в обміні вуглецю між поверхневим та підземним світом матимуть драматичні наслідки для клімату Землі - у будь-який час протягом її історії". - Доктор Марк Левер.
"Розуміння цих обмінів є надзвичайно важливим для розуміння минулих, сучасних та майбутніх змін клімату, оскільки кількість вуглецю, що присутній у" поверхневому світі ", ймовірно, становить лише одну десять тисячної частини вуглецю, що присутній у надповерхових відкладах у всьому світі, і, можливо, лише сто мільйонної частини вуглецю, який присутній у земній корі та верхній мантії. "
"Навіть найменші зміни в обміні вуглецю між поверхневим та підземним світом матимуть драматичні наслідки для клімату Землі - у будь-який час протягом її історії".
УТ: Чи могла глибока біосфера зіграти певну роль у відновленні Землі від подій вимирання, таких як пермсько-тріасове вимирання? Це величезне питання, але чи можна зрозуміти глибоку біосферу в минулому і як це могло змінитися з часом?
М.Л .: "Найбільш пряме посилання, яке я бачу до пермсько-тріасового вимирання, йде в інший бік: є дані, що приблизно в той же час, пов язаний з великими метеорними ударами чи ні, спостерігалося збільшення викиду метану з метан гідратів, тобто "метановий лід", який утворюється при низькій температурі та під високим тиском на морському дні ".
«Більшість метану та метану гідратів, що є в морському дні, ймовірно, виробляються мікроорганізмами, що мешкають на відстані сотень метрів нижче від морського дна. Різкий викид величезної кількості потужного метану парникових газів, який за великим рахунком вироблявся мікроорганізмами глибокої біосфери, може сприяти пермсько-тріасовому вимиранню ».
«У Світовому океані є мікроорганізми, які їдять метан і дихають киснем. Коли кількість розчиненого метану зростала, ці мікроорганізми, можливо, використали весь розчинений кисень у частинах Світового океану і сприяли вимиранню багатьох морських тварин, яким потрібен розчинений кисень, щоб дихати та виживати ».
УТ: Я продовжую думати про глибоку біосферу як про своєрідний «склепіння» для земного генетичного матеріалу, як про ненавмисне збереження. Ви думаєте, чи є якась точність цієї ідеї?
М.Л .: "Мені дуже подобається концепція" Сейфа ", і я вважаю, що це має сенс, оскільки певні типи навколишнього середовища надр Землі, наприклад ультрамафічні породи, базальтова кора, ймовірно, залишилися досить схожими з моменту виникнення життя приблизно чотири мільярди років тому. "
Ідея мікробного «склепіння», ймовірно, стосується головним чином живих організмів, які мають механізми відновлення своєї генетичної інформації, тобто ДНК та РНК ».
"Навряд чи нам вдасться відновити неушкоджені послідовності генів з найдавніших живих організмів Землі у глибокій біосфері". - Доктор Марк Левер, DCO.
«ДНК і РНК є прекрасними джерелами енергії та поживних речовин для багатьох мікроорганізмів, і вони швидко руйнуються, якщо потрапляють у навколишнє середовище. Вони також знищуються спонтанними хімічними реакціями, які виникають навіть у живих клітинах. Живі клітини можуть виявити більшість цих спонтанних мутацій, відновити їх і тим самим зберегти недоторкану генетичну інформацію, яка дозволяє їм залишатися живими. Однак ДНК або РНК від мертвих організмів не відновлюються. "
"Невелика кількість відносно неушкоджених послідовностей ДНК або РНК може зберігатися в підземних місцях існування протягом періодів тисяч років, а іноді і декількох мільйонів років, але, можливо, не перевищуючи цього. Навряд чи нам вдасться відновити неушкоджені послідовності генів з найдавніших живих організмів Землі у глибокій біосфері ».
UT: DCO зробив кілька приголомшливих відкриттів. Що далі для DCO, і як ви думаєте, яким буде напрямок для майбутніх досліджень глибокої біосфери?
ML: "Період фінансування DCO через Фонд Альфреда Слоана закінчується восени 2019 року. У Національній академії наук у Вашингтоні наступного жовтня відбудеться велика заключна конференція, на якій відбудеться 10 років існування DCO буде відзначено, і будуть вивчені майбутні напрями для глибокої науки, пов'язаної з викидами вуглецю ».
«Серед науковців DCO існує багато дискусій щодо способів підтримання цього різноманітного, міждисциплінарного співтовариства геофізиків, геологів, геохіміків та мікробіологів. Однією з подій, яка нас продовжує об’єднувати, - це науково-дослідна конференція Гордона, тематична «Глибока наука про вуглець», яка відбулася вперше влітку 2018 року, і, завдяки своєму великому успіху, планується відбуватися кожні два роки. "
«Одним з важливих напрямків є важливість землетрусів для підтримки глибокої біосфери. Землетруси створюють нове середовище існування для мікроорганізмів, розбиваючи земну кору і дозволяючи мікробам колонізувати ці переломи та отримувати доступ до породжених джерел енергії, таких як зменшене залізо. Землетруси також викачують рідини з глибоким джерелом, багаті мікробними субстратами енергії, такими як водень або метан, з нежитлових надр Землі до мілких, житлових зон, і, таким чином, дозволяють глибокому життю поширюватися на цикли підйому та поривів у сейсмічно активних регіонах. "
УТ: Як ви вважаєте, що найбільш захоплююче відкриття походить від DCO?
"... вікно можливостей для фундаментальних відкриттів щодо циклу вуглецю Землі залишається величезним." - Доктор Марк Левер, DCO.
«Для мене найбільш хвилююча знахідка - це, мабуть, що вулканічний потік CO2 в атмосферу вдвічі більший, ніж вважалося раніше. Цей висновок - поряд з багатьма іншими даними DCO - показує, як існуючі моделі вуглецевого циклу, зокрема щодо обміну вуглецю між поверхневим та надповерховим світом, все ще тривають у процесі роботи. Отже, вікно можливостей для фундаментальних наукових відкриттів щодо циклу вуглецю Землі залишається величезним ».
- Веб-сайт Глибокої Карбонової обсерваторії
- Веб-сайт Центру біосферних досліджень темної енергії
- Прес-реліз DCO: Життя в глибині Землі налічує від 15 до 23 мільярдів тонн вуглецю - в сотні разів більше, ніж у людей
