Vědci s observatořem hlubokého uhlíku (DCO) mění naše chápání života hluboko uvnitř Země a možná i v jiných světech. Jejich objevy naznačují, že hojný život by mohl existovat na podpovrchu jiných planet a měsíců, i když jsou extrémní teploty a energie a živiny jsou vzácné. Zjistili také, že veškerý život skrytý v hluboké Zemi obsahuje stokrát více uhlíku než celé lidstvo a že hluboká biosféra je téměř dvojnásobkem objemu všech pozemských oceánů.
"Stávající modely uhlíkového cyklu ... stále probíhají." - Dr. Mark Lever, DCO Řídící výbor komunity Deep Life. “
DCO není zařízení, ale skupina více než 1 000 vědců z 52 zemí, včetně geologů, chemiků, fyziků a biologů. Blíží se ke konci desetiletého projektu, aby prozkoumali, jak cyklus Hluboký uhlík ovlivňuje Zemi. 90% zemského uhlíku je uvnitř planety a DCO je naše první snaha to opravdu pochopit.
DCO je globální úsilí. Týmy vědců prozkoumaly některé z nejhlubších dolů na Zemi, vyvrtaly hlouběji do mořského dna než kdykoli předtím, a zkoumaly sopky v jejich snaze pochopit hluboký uhlíkový cyklus Země. A ještě nejsou úplně hotové.
Objevili podivný podzemní svět, který má mezi 245 až 385krát tolik uhlíku jako celé lidstvo. Podle DCO žije 70% bakterií a archaea Země pod zemí a existují v nejhlubším známém podpovrchu. A některé z nich jsou zombie.
Některé z nich existují v prostředích s extrémně nízkým obsahem energie a živin. Sotva rostou a vynakládají své dostupné zdroje na udržování sebe, spíše než na reprodukci. Tyto „zombie“ bakterie mohou žít miliony let bez reprodukce, což je ohromující objev s důsledky pro historii života na Zemi a existenci života v jiných světech.
Pro hlubší pohled na práci DCO jsem mluvil s Dr. Markem Leverem, geomikrobiologem a profesorem Švýcarského federálního technologického institutu v Curychu. Dr. Lever je také v řídícím výboru DCO pro komunitu Deep Life, a dává nám hlubší vhled do práce DCO, co má budoucnost a jaké důsledky má pro Search for Life.
Následují výňatky z e-mailového rozhovoru s Dr. Leverem o hlubokém uhlíkovém cyklu a životě hluboko uvnitř Země.
UT: Vím, že vědci se zdráhají spekulovat příliš mnoho, a to z dobrého důvodu. Ale Space Magazine je primárně web o vesmírné vědě a vím, že naši čtenáři se budou ptát, jak se tyto znalosti vztahují k Hledání života v naší sluneční soustavě. Mars? Ledové měsíce? Jiné světy?
ML: „Hodně se hovořilo o využití základních poznatků získaných studiem hlubokého uhlíkového cyklu Země k prozkoumání obyvatelnosti a cyklování uhlíku na jiných planetách a planetárních měsících v naší sluneční soustavě. Podobně jako planeta Země, která má ve svém podpovrchovém hornickém a sedimentárním prostředí bohatou a obrovskou biosféru, mohou mít tyto planety a jejich měsíce plodnou a rozmanitou biosféru pod svými často neobývatelnými povrchy. “
"… Naše planeta by se mohla ukázat jako… perfektní testovací základna pro technologie, které umožní objevování a podrobné studium života jinde v naší sluneční soustavě i mimo ni." - Dr. Mark Lever.
„Mnoho technologií používaných k prozkoumání hlubokého života na Zemi, včetně vrtných technologií, které poskytují přístup k vzorkům bez kontaminace z kilometrů pod mořským dnem nebo zespodu hlubokých antarktických ledových útvarů, a sofistikovaných automatizovaných monitorovacích nástrojů a nástrojů, které byly vyvinuty , bude zásadní pro průzkum těchto mimozemských systémů. “
"Ukázalo se, že naše planeta je - zčásti sponzorována DCO - dokonalým testovacím místem pro technologie, které umožní objevování a podrobné studium života jinde v naší sluneční soustavě i mimo ni."
"Také si myslím, že vědecké poznatky jsou důležité pro nalezení a objevení života na jiných planetách." Jedním z hlavních ohnisek výzkumu observatoře hlubokého uhlíku je identifikace limitů života - a biologického cyklování uhlíku - na Zemi. Které proměnné určují, kde život může nebo nemůže existovat na Zemi? Everett Shock výstižně vytvořil termín „biotický okraj“, aby popsal tuto pomyslnou hranici v podmínkách prostředí, která odděluje obyvatelné od neobývatelných. “
„Interiér Země je velmi slibným místem k prozkoumání tohoto biotického okraje, a to z důvodu obrovského rozsahu podmínek, pokud jde o teplotu, pH, tlak, pórovitý prostor, koncentraci živin a dostupnost energie, které zde lze nalézt. Několik expedic (DCO) dokázalo vyvrtat hluboké sedimenty a skalní útvary a dokázalo dokumentovat, jak se biomasa a hojnost života postupně snižují, dokud se život blíží nebo nedosahuje detekčního limitu. “
"Pokud život na mimozemských tělech sdílí stejnou nebo podobnou biochemii jako život na Zemi, pak pochopení toho, co kontroluje a omezuje distribuci života na Zemi, bude pravděpodobně relevantní pro tato jiná mimozemská těla."
"Co se týče planetárních těl, které jsme začali podrobněji zkoumat, naše současná velikost vzorku je 1. Rozsah, v jakém jsou naše interpretace správné nebo dokonce univerzální, lze určit pouze studováním dalších planetárních těl nad rámec toho, v současnosti žijeme." na."
UT: Bude mít tato nová znalost uhlíkového cyklu Země a hluboké biosféry nějaký dopad na naše pochopení změny klimatu, nejen nyní, ale v hlubší minulosti?
ML: „Cílem cyklu Hluboký uhlík bylo zlepšit základní porozumění uhlíkového cyklu od vzniku Země. Většina tohoto výzkumu je zásadně relevantní pro současné a minulé změny klimatu v tom, že přispívá k lepšímu porozumění faktorům, které řídí výměnu uhlíku mezi „povrchovým světem“ - atmosférou, hydrosférou a nejvzdálenější vrstvou litosféry - a „Hluboká podpovrchová vrstva“, tj. Většina planety, která leží kdekoli od několika metrů po tisíce kilometrů pod vnější vrstvou litosféry. “
"I ty nejmenší změny ve výměně uhlíku mezi povrchovým a podpovrchovým světem by měly dramatické důsledky pro zemské klima - kdykoli během celé jeho historie." - Dr. Mark Lever.
„Pochopení těchto výměn je nesmírně důležité pro pochopení minulých, současných a budoucích klimatických změn, protože množství uhlíku, které je přítomno v„ povrchovém světě “, je pravděpodobně jen desetitisícina množství uhlíku, které je přítomno v podpovrchových sedimentech po celém světě, a možná jen stotina milionu množství uhlíku, které je přítomno v zemské kůře a horním plášti. “
"I ty nejmenší změny ve výměně uhlíku mezi povrchovým a podpovrchovým světem by měly dramatické důsledky pro zemské klima - kdykoli během celé jeho historie."
UT: Mohla hluboká biosféra hrát roli při zotavování Země z událostí vymírání, jako je Permian-Triassic vyhynutí? To je obrovská otázka, ale existuje nějaký způsob, jak porozumět hluboké biosféře v minulosti a jak se mohla v průběhu času změnit?
ML: „Nejpřímější vazba, kterou vidím na Permian-Triassic zánik, jde opačným směrem: existuje důkaz, že přibližně ve stejnou dobu, ať už se jedná o velké meteorické dopady nebo ne, došlo k nárůstu uvolňování metanu z metanové hydráty, tj. „metanový led“, který se vytváří při nízké teplotě a pod vysokým tlakem v mořském dně. “
"Většina metanu a hydrátu methanu, která je přítomna v mořském dně, je pravděpodobně produkována mikroorganismy žijícími metry až stovky metrů pod mořským dnem." Náhlé uvolnění obrovského množství silného skleníkového plynu metanu, který byl z velké části produkován mikroorganismy hluboké biosféry, mohlo přispět k Permian-Triassic zániku. ““
"V oceánech jsou mikroorganismy, které jedí metan a dýchají kyslík." Když se množství rozpuštěného metanu zvýšilo, mohly tyto mikroorganismy spotřebovat veškerý rozpuštěný kyslík v částech oceánů a přispěly k zániku mnoha mořských živočichů, kteří potřebují rozpuštěný kyslík k dýchání a přežití. “
UT: Stále přemýšlím o hluboké biosféře jako o druhu „trezoru“ pro pozemský genetický materiál, jakési neúmyslné bezpečí. Myslíte si, že existuje určitá přesnost této myšlenky?
ML: „Velmi se mi líbí koncept„ trezoru “a myslím si, že to dává smysl, protože určité typy prostředí vnitřního prostoru Země, např. ultramafické horniny, čedičová kůra, zůstaly pravděpodobně od počátku života přibližně před čtyřmi miliardami let docela podobné. “
„Myšlenka mikrobiálního„ trezoru “se pravděpodobně týká hlavně živých organismů, které mají mechanismy pro opravu své genetické informace, tj. DNA a RNA.“
"Zdá se nepravděpodobné, že bychom někdy dokázali získat neporušené genové sekvence z nejranějších živých organismů Země v hluboké biosféře." - Dr. Mark Lever, DCO.
„DNA a RNA jsou vynikajícími zdroji energie a živin pro mnoho mikroorganismů, které se rychle degradují, pokud jsou uvolněny do životního prostředí. Jsou také ničeny spontánními chemickými reakcemi - které se vyskytují dokonce i v živých buňkách. Živé buňky mohou detekovat většinu těchto spontánních mutací, opravit je a tím udržovat neporušené genetické informace, které jim umožňují zůstat naživu. DNA nebo RNA z mrtvých organismů však není opravena. “
„Malá množství relativně neporušených sekvencí DNA nebo RNA mohou být zachována v podpovrchových biotopech po dobu tisíců let nebo někdy i několik milionů let, ale možná ne později. Zdá se nepravděpodobné, že budeme schopni obnovit neporušené genové sekvence z nejranějších živých organismů Země v hluboké biosféře. “
UT: DCO provedl několik úžasných objevů. Co bude dál pro DCO a co podle vás bude směřovat pro budoucí výzkum hluboké biosféry?
ML: „Období financování DCO prostřednictvím Nadace Alfreda P. Sloana končí na podzim roku 2019. Na Národní akademii věd ve Washingtonu DC se příští říjen uskuteční velká závěrečná konference, během níž bude 10 let existence DCO existovat. bude oslavena a budou prozkoumány budoucí směry pro hlubokou vědu související s uhlíkem. “
"Mezi vědci DCO existuje mnoho diskusí o způsobech, jak udržet tuto rozmanitou interdisciplinární komunitu geofyziků, geologů, geochemistů a mikrobiologů." Jednou z událostí, která nás spojí, je Gordonská výzkumná konference s tématem „Hluboká uhlíková věda“, která se konala poprvé v létě 2018, a vzhledem k velkému úspěchu se od této chvíle bude konat každé dva roky. “
„Jedním důležitým směrem je důležitost zemětřesení při podpoře hluboké biosféry. Zemětřesení vytváří nové stanoviště pro mikroorganismy zlomením zemské kůry a umožněním mikrobům tyto zlomeniny kolonizovat a získat přístup ke zdrojům energie pocházející z hornin, jako je například redukované železo. Zemětřesení také čerpá tekutiny s hlubokými zdroji, které jsou bohaté na mikrobiální energetické substráty, jako je vodík nebo metan, z neobydlitelného vnitřku Země do mělkých, obyvatelných zón, a mohou tak umožnit šíření hlubokého života na rozmachu a roztržení cyklů v seismicky aktivních oblastech. “
UT: Co si osobně myslíte, že je nejúžasnější objev pocházející z DCO?
"... okno pro základní vědecké objevy týkající se uhlíkového cyklu Země zůstává obrovské." - Dr. Mark Lever, DCO.
"Podle mě je nejzajímavější zjištění, že sopečný tok CO2 do atmosféry je dvakrát tak vysoký, jak se dříve myslelo." Toto zjištění - společně s mnoha dalšími DCO - ukazuje, jak stávající modely uhlíkového cyklu, zejména s ohledem na výměnu uhlíku mezi povrchovým a podpovrchovým světem, stále probíhají. Okno pro základní vědecké objevy týkající se uhlíkového cyklu Země proto zůstává obrovské. “
- Webová stránka observatoře hlubokého uhlíku
- Webové stránky centra pro výzkum biosféry temné energie
- Tisková zpráva DCO: Život v hluboké zemi celkem 15 až 23 miliard tun uhlíku - stokrát více než lidé
