Древни бактерии от близо две мили под земната повърхност: това е, което първо привлече Тулис Онстът, за да започне търсенето на живот на най-невероятните места. Геомикробиологът току-що е присъствал на среща на американското министерство на енергетиката през 1992 г. относно скалите, които са оценени на повече от 200 милиона години - по-стари от повечето динозаври. Тези праисторически скали са били открити от кладенец за проучване на газ и се оказа, че са бактерии.
Свързано съдържание
- Мистериозният марсиански "карфиол" може да бъде най-новият намек за извънземния живот
- Десетилетия дълъг стремеж да се пробие в мантията на Земята, скоро може да се удари
„Това беше доста невероятно за мен“, казва университетът в Принстън от Онстът. „Идеята, че тези бактерии живеят в тези триасови скали, тъй като са били депонирани по време преди ерата на динозаврите, тази идея ми хареса“, казва той.
Тези скали бяха сред първите съществени доказателства, че животът съществува на километри под земята и те прескачаха усилията на изследователите да изучават живота в така нареченото дълбоко подпокритие. През последните 20 години Онстът и други са установили, че има много по-голямо разнообразие от живот на много по-негостоприемни места, отколкото някой си е представял.
Дълбокият живот е открит навсякъде по света и при различни условия - в петролни находища и златни мини, под ледени покривки в Гренландия и Антарктида и в утайки и скали под океанското дъно. Тези места могат да бъдат изключително враждебни среди с натиск от 10 до 100 пъти по-голям от този на повърхността. Температурите могат да варират от близо замръзване до повече от 140 градуса по Фаренхайт.
На миля или повече под повърхността няма слънчева светлина и много малко кислород. В тези сурови среди съществата трябва да надраскват прехраната си с каквато и да е енергия, която могат да съберат от своето обкръжение. Това означава, че темпът на живот там долу понякога може да бъде невероятно бавен. Тези микроби могат да бъдат хиляди или милиони пъти по-малко обилни от братята им над земята. А някои може да са съществували стотици, хиляди или дори милиони години - истински микроскопични метусели.
Тези същества от дълбоките са разнообразни, състоящи се от бактерии и други едноклетъчни организми, наречени археи. Има дори многоклетъчни животни на мили под повърхността, включително малки червеи, наречени нематоди.
„Това, което беше изненадващо, докато продължаваме да изследваме тази дълбока скрита вселена, е, че тя е по-сложна там, отколкото бихме могли да си представим, когато започнахме да разглеждаме триасови проби още през 90-те години“, казва Онстът.
Тази сложност отвори свят на възможности за изследователи, от почистване на токсични отпадъци до търсене на извънземен живот. Някои от тези дълбоки организми се хранят директно с метали и минерали и могат да повлияят на подземните води чрез увеличаване или намаляване на нивата на арсен, уран и токсични метали. Учените се надяват, че скоро тези бактерии могат да бъдат приспособени да улавят или отстраняват такива вредни вещества от неща като отпадните води, които изтичат от мина.
Но може би най-мъчителната е идеята, че условията дълбоко под земята са толкова чужди, че могат да дадат улики на изследователите къде да намерят извънземен живот - и как може да изглежда този живот.
„Тя е пряко свързана с това дали животът може да съществува под повърхността на Марс“, казва Онстът. „Това наистина ме привлече в това поле от първа работа и все още е двигател за мен.“
Между екстремните среди и относителната недостиг на организми, изследователите се опитват да изследват тези микроби. Те се впускат в мини и пещери или използват тренировки за извличане на проби от по-долу земни обекти или океанското дъно. В някои райони може да отнеме няколко дни, за да се получи дори една-единствена проба. „Да отидеш до краищата на земята и да пробиеш или да отидеш до Арктика и да минеш под земята на миля, за да вземеш проба, не е лесно“, казва Онстът.
Пробване на адските дълбочини
Почти на миля под земната повърхност, дълбоко в златната мина на Beatrix в Южна Африка, Маги Лау търси живот. Горещо и влажно е и само фаровете нарушават тъмнината, тъй като Лау, геомикробиолог от групата на Онстът в Принстънския университет, събира вода от сондажи. Това са дупки, пробити в скалата от геолози, които търсят джобове за газ и вода преди минните операции. Lau пълни асортимент от флакони с проби от газ и вода, вариращи по обем от по-малко от една чаена лъжичка до малко над две пинти.
Маги Лау събира вода в сондаж във флакон на повече от две мили под земната повърхност в златната мина на TauTona в Южна Африка. (Франсоа Вермеулен (мениджър по геоложки науки, AngloGold Ashanti Limited)) Газът, който Лау събира, може да разкрие колко древна е водата. „Пробите, които проучвам, са на възраст около 40 000 до 80 000 години“, казва тя. Водата може да е възникнала на повърхността и да се е спускала през пукнатини през хиляди или дори милиони години, снасяйки микроорганизми или от повърхността, или от по-плитките участъци на подземната повърхност.
За разлика от водата, Лау предприема по-бърз и драматичен маршрут до мястото за изследване. Тя се насочва надолу към шахтата на асансьор в клетка за повдигане - която изпуска почти една миля за по-малко от минута - и след това изминава километър или повече с заредена раница. Някои тунели изискват изследователите да пълзят, влачейки пакетите си зад себе си или да преминават през водата с високи колене или бедра в наводнени участъци. Понякога клетката за повдигане не е достъпна след тежък работен ден и Лау и Онстът трябва да се качат обратно по стълбите. „Шегувахме се, че това е като стълбище към небето“, казва тя.
В адските дълбини, където водата може да достигне 130 градуса по Фаренхайт, а самите скали често са топли на пипане, не може да се намери много живот. За да събере възможно най-много живи клетки за своя анализ, Лау оставя някои от своите флакони, за да филтрира стотици до хиляди галони вода за няколко седмици до няколко месеца.
На около една миля под повърхността, Лау обикновено може да намери 1000 до 10 000 клетки в по-малко от чаена лъжичка вода. Това може да изглежда много, но щипка пръст от задния ви двор може да съдържа 100 000 до милион пъти повече клетки. На места, по-големи от миля под земята, може да има само 500 клетки на чаена лъжичка вода. Лау смята, че ще трябва да филтрира водата непрекъснато в продължение на 200 дни, за да получи достатъчно ДНК и РНК за анализа си.
Може да бъде трудно да отглеждате бактериални видове в лабораторията, без да знаете специфичната храна, която ядат, или точните условия, при които те виреят. Учените са успели да отглеждат само около един процент от бактериите, които намират в техните дълбоки полеви места. В резултат на това повечето видове са известни само от техните уникални молекулярни подписи - и ДНК или РНК секвениране разкрива множество от преди това неидентифицирани бактерии в пробите, които учените са събрали там.
Това видео с изтичане на времето показва изследователи, които събират проби в златна мина в Южна Африка. (от Гаетан Боргони)Съвсем наскоро Лау преминава крачка отвъд, за да открие какво живее там долу - тя иска да знае какво правят за прехраната. Без слънчева светлина и растения, които да улавят енергията на слънцето чрез фотосинтеза, тези дълбокоживели бактерии трябва да оцелеят върху енергия от химичните реакции между скалите и водата. Тези реакции могат да произведат водород, метан и сулфати и учените смятат, че тези три химикала ще подхранват по-голямата част от бактериите, живеещи в тези дълбоки среди.
За своя изненада Лау откри, че това не е така. Вместо това химикалите поддържат само малка част от бактериите, които след това произвеждат сяра и нитрати. Бактериите, които се хранят с тези вторични химикали, доминират в тези среди.
Това означава, че когато търсят дълбок живот или на Земята, или на други светове, учените трябва да търсят по-широк спектър от метаболитни реакции. „Не се фокусирайте само върху няколко основни процеса. Трябва да сме по-разкрепостени, за да разгледаме пълния и завършен метаболитен пейзаж “, казва Лау.
„Да можем да видим всъщност какво правят всички там сега е абсолютно най-вълнуващото нещо, нещо, което винаги искахме да направим и се опитваме да разберем как да правим през последните 20 години и сега можем най-накрая го направете “, казва Онстът.
„Първата снимка на [Лау], все едно е връщането на първото изображение от Марс или нещо подобно, невероятно е“, добавя той.
Истински зоопарк
Там, където има плячка, обикновено има хищници. А бактериите правят вкусно ядене за много същества.
Когато Гаетан Боргони чу за тези дълбоки бактерии, се зачуди дали може да намери червеи, наречени нематоди - които се хранят с бактерии - на същите подземни места. Боргони, зоолог от Extreme Life Isyensya в Гентбрюге, Белгия, е работил върху тези червеи в продължение на 20 години. Той знаеше, че нематодите могат да преживеят широк спектър от условия на повърхността, включително изключително горещи или студени температури и много ниски нива на кислород, така че на теория те бяха много подходящи за условия дълбоко под земята.
Боргони се обади на Онстът, който го покани да дойде да проучи мините в Южна Африка. Но намирането на тези червеи не беше лесно. Въпреки че те са силно изобилни на повърхността, в мините Боргони трябваше да вземе проба над 2500 галона вода, за да открие една единствена нематода. „Наистина трябва да промените начина си на мислене и да оставите това, което знаете от повърхността, защото под земята е друга планета“, казва той.
Боргони откри голям брой нематоди, които живеят в мините във вода от 3000 до 12 000 години от сондажи, както и в сталактити, висящи от тунелите на рудника. Те включват един нов вид, открит почти на миля под повърхността, и друг неидентифициран червей, живеещ на повече от две мили надолу. Тези животни са били първите доказателства за многоклетъчния, еукариотен живот в тази дълбочина, казва Боргони.
За разлика от уникалните бактерии, открити на тези дълбочини, по-голямата част от червеите принадлежат на видове, открити на повърхността. "Тези животни вече са свикнали да стресират, а тези, които са опортюнистични на повърхността, се справят много добре под земята", казва Боргони.
Дълбоката среда всъщност може да предложи някои ползи предвид стабилните условия и липсата на хищници за червеите. „За тях това е като празник“, казва Боргони.
Белите стрелки сочат бактериите, открити в биофилмите в сондажни води от златната мина на Копананг в Южна Африка. (Гаетан Боргони) Убеден, че трябва да има повече такива същества, които живеят в мините, Боргони остави за две години оборудването си за вземане на проби в златната мина в Южна Африка, за да филтрира повече от три милиона галона вода - достатъчно, за да напълни почти пет басейна с размер на олимпийски размери.
„Тогава открихме целия зоопарк“, казва Боргони. Той идентифицира няколко други многоклетъчни организми, включително плоски червеи и сегментирани червеи, както и онези, които изглеждаха ракообразни. Почти всички тези видове оцеляват, като се хранят с бактерии.
Откриването на тези организми е обнадеждаващо за учените, търсещи извънземен живот, казва Боргони. „Мисля, че е много добре, че намираме такава огромна екосистема под земята“, казва той. „Ако можем да докажем, че те могат да оцелеят безкрайно под земята, тогава това може да е много добра новина за хората, които търсят живот на Марс.“
„Много бих искал [да се занимавам] с тази работа на планетата Марс“, казва той. "Ето защо винаги казвам, че ако някога ми дадат еднопосочен билет до Марс, вече ме няма."
Извънземното дълбоко
Боргони може би все още няма билета си, но предстоящите мисии за космически проучвания могат да ни дадат по-добра представа дали други части на Слънчевата система могат да поддържат живота.
„Едно от нещата, които дават на хората чувство за оптимизъм, когато става въпрос за астробиологията, е установяването, че съществуват организми, които могат да продължат да съществуват в това, което бихме считали за много екстремни условия“, казва Тори Холер, астробиолог в изследователския център на НАСА Еймс. Hoehler е член на екипа на Rock-Powered Life от NASA Astrobiology Institute, който проучва как реакциите между различни видове скали и вода могат да генерират достатъчно енергия, за да поддържат живота.
„Едно от най-разпространените местообитания, което е налично там, е това, определено от скали и вода“, казва Холер. Можете да си представите водоносни хоризонти, които седят дълбоко под повърхността на Марс или океаните се плъзгат над скалистата кора на Луната на Юпитер или Луната на Сатурн Енцелад, казва той.
Multiple Flyby Mission на НАСА, която се очаква да стартира през следващите пет до десет години, ще даде на учените по-добра представа дали ледената луна на Юпитер има среда, която би могла да поддържа живота. Що се отнася до Марс, изследователите преминаха от въпроса дали могат да намерят обитаема среда до действително търсене на доказателства за самия живот, казва Холер.
Въпреки че условията на повърхността на Марсиан в момента са изключително негостоприемни за живот, изглежда, планетата е имала атмосфера и повърхностни води в известно време в миналото си. Ако животът се беше развил тогава, той би могъл да се разпространи до Марсианското подпокритие, където околната среда остана стабилна, дори когато повърхността се превърна във враждебна. Възможно е животът все още да съществува дълбоко под земята, да чакаме да го изкопаем.
Художествен рендер на ExoMars Rover на ESA, който ще проведе сондаж, предназначен да сондира на 6, 5 фута под повърхността на Марсиан. (ESA) Няма да се налага да чакаме твърде дълго, за да получим първия си поглед под повърхността на Марсиан. Мисията ExoMars на Европейската космическа агенция за 2018 г. ще пробие около шест фута под повърхността на Марсиан, за да търси признаци на живот. Това може да не е достатъчно дълбоко, за да намерим живи организми, но трябва да е достатъчно далеч под повърхността, за да можем да намерим доказателства за живота.
Повече от 20 години, откакто древните бактерии за пръв път му хвърлиха поглед към дълбокия живот на Земята, Онстът няма търпение да види какво откриваме на Марс, особено след като учените могат да копаят малко по-дълбоко.
"Ако на Марс има сладко място, където просто имате правилния баланс между температура и вода, тогава може да има организми, оцелели при тези условия."
Научете за това изследване и повече в Обсерваторията на дълбоките въглеродни емисии.
