Forskere med Deep Carbon Observatory (DCO) forvandler vores forståelse af livet dybt inde i Jorden og måske på andre verdener. Deres opdagelser antyder, at der kan findes et rigeligt liv i underplanet for andre planeter og måner, selv hvor temperaturer er ekstreme, og energi og næringsstoffer er knappe. De har også opdaget, at alt det liv, der er skjult i den dybe jord, indeholder hundreder af gange mere kulstof end hele menneskeheden, og at den dybe biosfære næsten er dobbelt så stor som volumen af alle Jordens oceaner.
”Eksisterende modeller af kulstofcyklus ... er stadig et arbejde i gang.” - Dr. Mark Lever, DCO Deep Life Community Steering Committee. ”
DCO er ikke en facilitet, men en gruppe på over 1.000 forskere fra 52 lande, herunder geologer, kemikere, fysikere og biologer. De nærmer sig slutningen af et 10-årigt projekt for at undersøge, hvordan Deep Carbon Cycle påvirker Jorden. 90% af Jordens kulstof er inde i planeten, og DCO er vores første indsats for virkelig at forstå det.
DCO er en global bestræbelse. Hold af videnskabsfolk har udforsket nogle af de dybeste miner på Jorden, boret dybere ned i havbunden end nogensinde før og undersøgt vulkaner i deres bestræbelser på at forstå Jordens dybe kulstofcyklus. Og de er ikke helt færdige endnu.
De har opdaget en underlig underjordisk verden, der rummer mellem 245 og 385 gange så meget kulstof som hele menneskeheden. Ifølge DCO lever 70% af jordens bakterier og archaea under jorden, og de findes i den dybeste kendte undergrund. Og nogle af dem er zombier.
Nogle af dem findes i miljøer, der er ekstremt lavt i energi og næringsstoffer. De vokser næppe overhovedet og bruger deres tilgængelige ressourcer på at opretholde sig selv i stedet for på reproduktion. Disse "zombie" -bakterier lever muligvis i millioner af år uden at gengive sig, en fantastisk opdagelse med følger for livets historie på Jorden og eksistensen af liv på andre verdener.
For et dybere kig på DCO's arbejde talte jeg med Dr. Mark Lever, en geomikrobiolog og professor ved det schweiziske føderale teknologiske institut i Zürich. Dr. Lever er også med i DCO's Deep Life Community Steering Committee, og han giver os mere indsigt i DCO's arbejde, hvad fremtiden har, og hvilke konsekvenser det har for Search for Life.
Det følgende er uddrag fra et e-mail-interview med Dr. Lever, der diskuterede Deep Carbon Cycle og livet dybt inde i Jorden.
UT: Jeg ved, at forskere er uvillige til at spekulere for meget, med god grund. Men Space Magazine er primært et rumvidenskabeligt websted, og jeg ved, at vores læsere vil undre sig over, hvordan denne viden relaterer sig til Search for Life i vores solsystem. Mars? Ismåner? Andre verdener?
ML: ”Der har været meget snak om at bruge den grundlæggende indsigt, der er opnået ved at studere Jordens dybe kulstofcyklus til at udforske beboelsesmuligheder og kulstofcykling på andre planeter og planetariske måner i vores solsystem. I lighed med Planet Earth, som har en rig og enorm biosfære i sin underjordiske klippe og sedimentære miljøer, kan disse planeter og deres måner have en produktiv og mangfoldig biosfære under deres ofte ubeboelige overflader. ”
"... vores planet kan vise sig at være ... den perfekte testgrund for teknologier, der muliggør opdagelse og detaljeret undersøgelse af livet andetsteds i vores solsystem og videre." - Dr. Mark Lever.
”Mange af de teknologier, der bruges til at udforske dybt liv på Jorden, herunder boreteknologier, der giver adgang til forureningsfri prøver fra kilometer under havbunden eller nedenunder dybe antarktiske isformationer, og de sofistikerede automatiserede overvågningsværktøjer og instrumenter, der er udviklet , vil være vigtig for at udforske disse udenjordiske systemer. ”
"Vores planet kan vise sig at være - til dels sponsoreret af DCO - den perfekte testplads for teknologier, der muliggør opdagelse og detaljeret undersøgelse af livet andetsteds i vores solsystem og videre."
”Jeg synes også, at den videnskabelige indsigt er relevant for at finde og opdage livet på andre planeter. En af hovedfokuserne for forskning fra Deep Carbon Observatory er at identificere grænserne for liv - og biologisk kulstofcykling - på Jorden. Hvilke variabler bestemmer hvor livet kan eller ikke kan eksistere på Jorden? Everett Shock har passende opfundet udtrykket "biotisk frynse" for at beskrive den imaginære grænse under miljømæssige forhold, der adskiller den beboelige fra den ubeboelige. "
”Jordens indre er et meget lovende sted at udforske denne biotiske frynse på grund af det store omfang i forhold med hensyn til temperatur, pH, tryk, porerum, næringsstofkoncentrationer og energitilgængelighed, der kan findes der. Flere (DCO) ekspeditioner har formået at bore i dyb sediment og klippeformationer og været i stand til at dokumentere, hvordan biomassen og overflod af liv gradvist formindskes, indtil livet er tæt på eller under detektionsgrænsen. ”
”Hvis liv på udenjordiske kropper deler den samme eller lignende biokemi som livet på Jorden, er en forståelse af, hvad der styrer og begrænser fordelingen af liv på Jorden, sandsynligvis relevant for disse andre udenjordiske kroppe.”
”Med hensyn til planetarier, som vi er begyndt at undersøge mere detaljeret, er vores nuværende stikprøvestørrelse 1. I hvilket omfang vores fortolkninger er korrekte eller endda universelle kan kun bestemmes ved at studere yderligere planetariske organer ud over den, vi i øjeblikket lever på."
UT: Vil denne nye viden om Jordens kulstofcyklus og den dybe biosfære have nogen indflydelse på vores forståelse af klimaændringer, ikke kun nu, men i den dybere fortid?
ML: ”Målet med Deep Carbon Cycle har været at forbedre den grundlæggende forståelse af kulstofcyklussen siden jordens dannelse. Det meste af denne forskning er grundlæggende relevant for nuværende og tidligere klimaforandringer, idet den bidrager til en bedre forståelse af de faktorer, der styrer udvekslingen af kulstof mellem "overfladeverdenen" - atmosfæren, hydrosfæren og det yderste lag af litosfæren - og ”Dyb undergrund”, dvs. det meste af planeten, der ligger overalt fra et par meter til tusinder af kilometer under det yderste lag af litosfæren. ”
"Selv de mindste ændringer i kulstofudvekslingen mellem overflade- og underjordisk verden ville have dramatiske konsekvenser for Jordens klima - når som helst gennem dens historie." - Dr. Mark Lever.
”At forstå disse udvekslinger er ekstremt vigtigt for at forstå fortidens, nutidige og fremtidige klimaforandringer, da den mængde kulstof, der er til stede i” overfladeverdenen ”, sandsynligvis kun er en ti tusindedel af den mængde kulstof, der findes i underjordiske sedimenter globalt, og måske kun hundrede millioner. af den mængde kulstof, der er til stede i jordskorpen og den øvre kappe. ”
"Selv de mindste ændringer i kulstofudvekslingen mellem overflade- og underjordisk verden ville have dramatiske konsekvenser for Jordens klima - når som helst gennem dens historie."
UT: Kunne den dybe biosfære have spillet en rolle i Jordens genopretning efter udryddelsesbegivenheder som den permisk-triasiske udryddelse? Det er et enormt spørgsmål, men er der nogen måde at forstå den dybe biosfære i fortiden, og hvordan den kan have ændret sig over tid?
ML: ”Den mest direkte forbindelse, jeg kan se til den permisk-triasiske udryddelse, går i den anden retning: der er bevis for, at der omtrent på samme tid, hvad enten det drejer sig om store meteoriske påvirkninger eller ej, var en stigning i frigivelsen af metan fra methanhydrater, dvs. "metanis", der dannes ved lav temperatur og under højt tryk i havbunden. ”
”Det meste af metan og methanhydrat, der findes i havbunden, produceres sandsynligvis af mikroorganismer, der lever meter til hundreder af meter under havbunden. Den pludselige frigivelse af enorme mængder af den potente drivhusgas-metan, der stort set blev produceret af mikroorganismer i den dybe biosfære, kan have bidraget til den permiske-triassiske udryddelse. ”
”Der er mikroorganismer i verdenshavene, der spiser metan og indånder ilt. Når mængden af opløst methan steg, kan disse mikroorganismer have brugt alt det opløste ilt i dele af verdenshavene og bidraget til udryddelse af mange havdyr, der har brug for opløst ilt til at trække vejret og overleve. ”
UT: Jeg tænker fortsat på den dybe biosfære som en slags "hvælving" for jordisk genetisk materiale, en slags utilsigtet opbevaring. Tror du, at der er nogen nøjagtighed ved den idé?
ML: "Jeg kan meget godt lide" hvælvingen "-konceptet og synes, det er fornuftigt, fordi visse miljøtyper af jordens indre, f.eks. ultramafiske klipper, basaltisk skorpe, er sandsynligvis forblevet ret ens siden livets oprindelse for cirka fire milliarder år siden. ”
"Den mikrobielle" hvælvnings "-idee gælder sandsynligvis hovedsageligt for levende organismer, som har mekanismer til at reparere deres genetiske information, dvs. DNA og RNA."
”Det synes usandsynligt, at vi nogensinde vil være i stand til at genvinde intakte gensekvenser fra Jordens tidligste levende organismer i den dybe biosfære.” - Dr. Mark Lever, DCO.
”DNA og RNA er fremragende energi- og næringsstofkilder for mange mikroorganismer og nedbrydes hurtigt af disse, hvis de frigives til miljøet. De er også ødelagt af spontane kemiske reaktioner - der forekommer endda i levende celler. Levende celler kan registrere de fleste af disse spontane mutationer, reparere dem og derved opretholde intakte genetiske oplysninger, der giver dem mulighed for at holde sig i live. DNA eller RNA fra døde organismer repareres dog ikke. ”
”Små mængder af relativt intakte DNA- eller RNA-sekvenser kan bevares i levesteder under jorden over tidsperioder på tusinder af år, eller nogle gange et par millioner år, men muligvis ikke ud over det. Det synes usandsynligt, at vi nogensinde vil være i stand til at genvinde intakte gensekvenser fra jordens tidligste levende organismer i den dybe biosfære. ”
UT: DCO har gjort nogle fantastiske opdagelser. Hvad er det næste for DCO, og hvad tror du vil være retningen for den fremtidige forskning i den dybe biosfære?
ML: ”DCO's finansieringsperiode gennem Alfred P. Sloan Foundation er ved at afslutte i efteråret 2019. En stor afsluttende konference afholdes på National Academy of Sciences i Washington DC næste oktober, hvor de ti år med DCO's eksistens fejres, og fremtidige retninger for dyb kulstofrelateret videnskab udforskes. ”
”Der er mange diskussioner blandt DCO-forskere om måder at opretholde dette mangfoldige, tværfaglige samfund af geofysikere, geologer, geokemikere og mikrobiologer. En begivenhed, der fortsætter med at bringe os sammen, er en Gordon Research Conference tema ”Deep Carbon Science”, der fandt sted for første gang i sommeren 2018, og - på grund af den store succes - planlægges at finde sted hvert andet år fra nu af. ”
”En vigtig retning er jordskælvets betydning for at støtte den dybe biosfære. Jordskælv skaber nye levesteder for mikroorganismer ved at sprænge jordskorpen og lade mikrober kolonisere disse brud og få adgang til stenafledte energikilder, såsom reduceret jern. Jordskælv pumper også dybeproducerede væsker, der er rige på mikrobielle energisubstrater, såsom brint eller metan, fra det ubeboelige jordens indre til lavere, beboelige zoner, og kan derved tillade, at dybt liv spreder sig i boom- og bustecyklusser i seismisk aktive områder. ”
UT: Hvad synes du personligt er den mest spændende opdagelse, der kommer fra DCO?
"... vinduet med muligheder for grundlæggende videnskabelige opdagelser vedrørende Jordens kulstofcyklus forbliver stort." - Dr. Mark Lever, DCO.
”For mig er den mest spændende konstatering måske, at den vulkaniske strøm af CO2 i atmosfæren er dobbelt så høj som tidligere antaget. Denne konstatering - sammen med mange andre fra DCO - viser, hvordan eksisterende modeller af kulstofcyklussen, især med hensyn til udveksling af kulstof mellem overfladen og undergrundsverdenen, stadig er et igangværende arbejde. Følgelig forbliver muligheden for grundlæggende videnskabelige opdagelser vedrørende Jordens kulstofcyklus enorm. ”
- Deep Carbon Observatory websted
- Center for Dark Energy Biosphere Investigations Websted
- DCOs pressemeddelelse: Livet i dybe jord udgør i alt 15 til 23 milliarder ton kulstof - hundreder af gange mere end mennesker
