Znanstveniki z Opazovalnikom globokih ogljikov (DCO) spreminjajo naše razumevanje življenja globoko v Zemlji in morda tudi v drugih svetovih. Njihova odkritja kažejo, da bi lahko v podzemlju drugih planetov in lune obstajalo obilno življenje, tudi tam, kjer so temperature ekstremne, energije in hranilnih snovi pa malo. Odkrili so tudi, da vse življenje, skrito v globoki Zemlji, vsebuje sto krat več ogljika kot vse človeštvo in da je globoka biosfera skoraj dvakrat večja od obsega vseh Zemljinih oceanov.
"Obstoječi modeli ogljikovega cikla ... so še vedno v teku." - Dr. Mark Lever, usmerjevalni odbor skupnosti za globoko življenjsko dobo. "
DCO ni objekt, ampak skupina več kot 1000 znanstvenikov iz 52 držav, vključno z geologi, kemiki, fiziki in biologi. Bližajo se koncu desetletnega projekta za raziskovanje, kako cikel globokih ogljikov vpliva na Zemljo. 90% ogljika na Zemlji je znotraj planeta in DCO je naše prvo prizadevanje, da ga resnično razumemo.
DCO je svetovno prizadevanje. Skupine znanstvenikov so raziskale nekatere najgloblje rudnike na Zemlji, izvrtane globlje v oceansko dno kot kadar koli prej in pregledale vulkane v svojih prizadevanjih za razumevanje globokega ogljikovega cikla na Zemlji. In še niso povsem končani.
Odkrili so čuden podzemni svet, ki vsebuje med 245 do 385-krat več ogljika kot vse človeštvo. Po podatkih DCO 70% bakterij in arhej na Zemlji živi pod zemljo in obstaja v najglobljem znanem podzemlju. In nekateri med njimi so zombiji.
Nekateri od njih obstajajo v okoljih, ki imajo izjemno malo energije in hranil. Komaj rastejo in porabljajo razpoložljive vire za vzdrževanje, ne pa za razmnoževanje. Te "zombi" bakterije lahko živijo milijone let, ne da bi se razmnožile, osupljivo odkritje, ki bi vplivalo na zgodovino življenja na Zemlji in obstoj življenja na drugih svetovih.
Za globlji pogled na delo DCO sem se pogovarjal z dr. Markom Leverjem, geomikrobiologom in profesorjem iz švicarskega Zveznega inštituta za tehnologijo v Zürichu. Dr. Lever je tudi v usmerjevalnem odboru podružničnega odbora za globoko življenje in nam daje več vpogleda v delo DCO, kaj ima prihodnost in kakšne posledice so za iskanje življenja.
Sledijo odlomki iz e-poštnega intervjuja z dr. Leverjem, ki razpravlja o ciklu globokih ogljikov in življenju globoko v Zemlji.
UT: Vem, da znanstveniki neradi preveč špekulirajo z dobrim razlogom. Toda vesoljski časopis je predvsem spletno mesto za vesolje in vem, da se bodo naši bralci spraševali, kako se to znanje nanaša na iskanje življenja v našem osončju. Mars? Ledeni meseci? Drugi svetovi?
ML: "Veliko se je govorilo o uporabi temeljnih spoznanj, pridobljenih s preučevanjem globokega ogljikovega cikla na Zemlji, za raziskovanje življenjske dobe in kroženja ogljika na drugih planetih in planetarnih lunah v našem osončju. Podobno kot Planet Zemlja, ki ima bogato in obsežno biosfero v svojem podzemnem kamnitem in sedimentnem okolju, imajo lahko tudi ti planeti in njihove lune plodno in raznoliko biosfero pod pogosto prepovedanimi površinami. "
"... naš planet se bo morda izkazal za ... popolno poligon za tehnologije, ki bodo omogočile odkrivanje in podrobno proučevanje življenja drugod v našem osončju in zunaj njega." Dr Mark Lever.
„Številne tehnologije, ki se uporabljajo za raziskovanje globokega življenja na Zemlji, vključno s tehnologijami vrtanja, ki omogočajo dostop do vzorcev brez onesnaženja s kilometrov pod morskim dnom ali od spodaj globokih ledvic Antarktike, in izpopolnjenimi avtomatiziranimi nadzornimi orodji in instrumenti, ki so bili razviti. , bodo bistvenega pomena za raziskovanje teh nezemeljskih sistemov. "
"Morda se bo izkazalo, da je naš planet - delno sponzoriran s strani DCO - popolno poligon za tehnologije, ki bodo omogočile odkrivanje in podrobno proučevanje življenja drugje v našem sončnem sistemu in zunaj njega."
»Mislim tudi, da so znanstvena spoznanja pomembna za iskanje in odkrivanje življenja na drugih planetih. Eden glavnih žarišč raziskav Observatorija globinskih ogljikov je določiti meje življenja - in biološkega kolesarjenja na Zemlji -. Katere spremenljivke določajo, kje na Zemlji lahko obstaja življenje ali ne more? Everett Shock je prikladno skoval izraz "biotična obrobja", da bi opisal tisto namišljeno mejo v okoljskih pogojih, ki ločuje bivalno od neobljudljivega. "
"Zemljina notranjost je zelo obetavno mesto za raziskovanje tega biotskega obrobja zaradi velikega razpona pogojev glede temperature, pH, tlaka, pora pora, koncentracij hranil in razpoložljivosti energije. Več ekspedicij (DCO) se je uspelo vrtati v globoke usedline in skalne formacije in uspelo je dokumentirati, kako se biomasa in številčnost življenja postopoma zmanjšujeta, dokler življenje ni blizu ali pod mejo zaznave. "
"Če ima življenje na nezemeljskih telesih enako ali podobno biokemijo kot življenje na Zemlji, potem bo razumevanje tega, kaj nadzoruje in omejuje porazdelitev življenja na Zemlji, verjetno pomembno za ta druga nezemeljska telesa."
"Glede na planetarna telesa, ki smo jih začeli podrobneje raziskovati, je naša trenutna velikost vzorca 1. Stopnja, v kateri so naše interpretacije pravilne ali celo univerzalne, je mogoče določiti le s preučevanjem dodatnih planetarnih teles zunaj tistega, ki ga trenutno živimo naprej. "
UT: Ali bo to novo znanje o Zemljinem ciklusu ogljika in globoki biosferi vplivalo na naše razumevanje podnebnih sprememb, ne le zdaj, temveč tudi v globlji preteklosti?
ML: „Cilj ciklusa globokih ogljikov je bil izboljšati temeljno razumevanje ogljikovega cikla od nastanka Zemlje. Večina teh raziskav je bistveno pomembna za sedanje in pretekle podnebne spremembe, saj prispeva k boljšemu razumevanju dejavnikov, ki nadzirajo izmenjavo ogljika med "površinskim svetom" - ozračjem, hidrosfero in najbolj zunanjo plastjo litosfere - in "Globoko podzemlje", tj. Večino planeta, ki leži nekje od nekaj metrov do tisoč kilometrov pod skrajno skrajno plastjo litosfere. "
"Tudi najmanjše spremembe v izmenjavi ogljika med površinskim in podzemnim svetom bi imele dramatične posledice za Zemljino podnebje - kadar koli v vsej svoji zgodovini." Dr Mark Lever.
"Razumevanje teh izmenjav je izredno pomembno za razumevanje preteklih, sodobnih in prihodnjih podnebnih sprememb, saj je količina ogljika, ki je prisotna v" površinskem svetu ", verjetno le deset tisočina količine ogljika, ki je prisotna v podzemnih sedimentih po vsem svetu, in morda le sto milijonov vsega ogljika, ki je prisoten v Zemljini skorji in zgornjem plašču. "
"Tudi najmanjše spremembe v izmenjavi ogljika med površinskim in podzemnim svetom bi imele dramatične posledice za Zemljino podnebje - kadar koli v vsej svoji zgodovini."
UT: Ali bi lahko globoka biosfera igrala vlogo pri oživljanju Zemlje pred izumiranjem, kot je permijsko-triasno izumrtje? To je veliko vprašanje, ali obstaja kako razumeti globoko biosfero v preteklosti in kako se je s časom morda spremenilo?
ML: "Najbolj neposredna povezava s permansko-triasnim izumrtjem gre v drugo smer: obstajajo dokazi, da je približno v istem času prišlo do povečanega meteornega vpliva ali ne, do izpusta metana iz metanski hidrati, tj. "metanski led", ki se tvori pri nizki temperaturi in pod visokim pritiskom v morskem dnu. "
"Večino metana in metana hidrata, ki je prisoten v morskem dnu, verjetno proizvajajo mikroorganizmi, ki živijo na nekaj sto metrov pod morskim dnom. Močno izpuščanje ogromnih količin metana toplogrednih plinov, ki so ga na splošno proizvajali mikroorganizmi iz globoke biosfere, je morda prispevalo k permijsko-triasnemu izumrtju. "
"V oceanih so mikroorganizmi, ki jedo metan in dihajo kisik. Ko se je količina raztopljenega metana povečala, so ti mikroorganizmi morda porabili ves raztopljeni kisik v delih oceanov in prispevali k izumrtju mnogih morskih živali, ki potrebujejo raztopljeni kisik, da dihajo in preživijo. "
UT: O globoki biosferi razmišljam kot o nekakšnem "trezorju" za zemeljski genetski material, o nekakšnem nenamernem hranjenju. Ali menite, da ima ta ideja natančnost?
ML: "Zelo mi je všeč koncept" trezor "in menim, da je smiselno, ker nekatere okoljske vrste Zemljine notranjosti, npr. ultramafične kamnine, bazaltna skorja, so verjetno ostale precej podobne od nastanka življenja pred približno štirimi milijardami let. "
"Ideja o mikrobnem trezorju se verjetno nanaša predvsem na žive organizme, ki imajo mehanizme za popravljanje svojih genetskih informacij, tj. DNK in RNK."
"Zdi se malo verjetno, da bomo kdaj lahko obnovili nepoškodovane genske sekvence iz najzgodnejših živih organizmov na Zemlji v globoki biosferi." - Dr. Mark Lever, DCO.
»DNK in RNA sta odlična vira energije in hranilnih snovi za številne mikroorganizme, ki ju hitro razgradimo, če jih sprostimo v okolje. Uničijo jih tudi spontane kemične reakcije - ki se pojavljajo celo znotraj živih celic. Žive celice lahko zaznajo večino teh spontanih mutacij, jih popravijo in s tem ohranijo nedotaknjene genske informacije, ki jim omogočajo, da ostanejo živi. DNK ali RNA iz mrtvih organizmov pa se ne popravita. "
"Majhne količine sorazmerno nedotaknjenih zaporedja DNK ali RNK se lahko ohranijo v podzemnih habitatih v časovnih obdobjih tisoč let ali včasih nekaj milijonov let, vendar morda ne več kot to. Zdi se malo verjetno, da bomo kdaj lahko obnovili nedotaknjeno gensko sekvenco iz najzgodnejših živih organizmov na Zemlji v globoki biosferi. "
UT: DCO je naredil nekaj osupljivih odkritij. Kaj sledi za DCO in kaj bo po vašem mnenju usmeritev za prihodnje raziskave globoke biosfere?
ML: "Obdobje financiranja DCO preko fundacije Alfred P. Sloan se izteka konec jeseni 2019. Na Nacionalni akademiji znanosti v Washingtonu DC bo oktobra oktobra potekala velika končna konferenca, v kateri bodo 10 let obstoja DCO praznovali in raziskovali bodo prihodnje smeri znanosti, povezanih z globokimi emisijami ogljika. "
»Med znanstveniki DCO obstaja veliko razprav o načinih ohranjanja te raznolike, interdisciplinarne skupnosti geofizikov, geologov, geokemikov in mikrobiologov. Eden od dogodkov, ki nas bo še naprej združeval, je Gordonova raziskovalna konferenca s tematsko temo "Deep Carbon Science", ki se je prvič zgodila poleti 2018 in se bo zaradi velikega uspeha predvidoma odvijala vsaki dve leti. ”
„Ena pomembna smer je pomembnost potresov pri podpiranju globoke biosfere. Potresi ustvarijo nov življenjski prostor mikroorganizmov, tako da razbijejo zemeljsko skorjo in omogočijo mikrobi, da kolonizirajo te zlome in dostopajo do virov energije, pridobljenih iz kamnin, kot je reducirano železo. Potresi črpajo tudi globoko tekoče tekočine, ki so bogate z mikrobiološkimi energijskimi substrati, kot sta vodik ali metan, iz nenaseljive notranjosti Zemlje v plitvejša območja, v katerih živijo, in s tem lahko globoko življenje razširijo na cikle eksplozije in popadka v potresno aktivnih območjih. ”
UT: Kaj menite, da je najbolj navdušujoče odkritje DCO?
"... možnost za temeljna znanstvena odkritja o Zemljinem ogljikovem ciklu ostaja ogromno." - Mark Mark Lever, doktorski uradnik.
"Zame je najbolj vznemirljiva ugotovitev morda ta, da je vulkanski tok CO2 v ozračje dvakrat večji, kot smo mislili. Ta ugotovitev - skupaj z mnogimi drugimi predstavniki DCO - kaže, kako obstoječi modeli ogljikovega cikla, zlasti v zvezi z izmenjavo ogljika med površinskim in podzemnim svetom, še vedno delujejo. Posledično ostaja možnosti za temeljna znanstvena odkritja o Zemljinem ogljikovem ciklu ogromno. "
- Spletno mesto Deep Carbon Observatory
- Spletna stran centra za raziskave temne energije v biosferi
- DCO Sporočilo za javnost: Življenje v globokih Zemljah predstavlja od 15 do 23 milijard ton ogljika - sto krat več kot ljudi
