Няколко мили на юг от Ловел, Вайоминг, близо до границата с Монтана, северната железница в Бърлингтън започва постепенно изкачване от пасища и горички от памучно дърво. Пътеката се издига в медовидно ждрело, прорязано от варовик Медисън, формация, която вече е била древна по времето, когато динозаврите са скитали по морските брегове на Уайоминг, след това минава над подземна камера, на 30 фута по-долу, известна като пещера Долна Кейн. Входът на пещерата е почти невидим, пукнатина, почти заровена от стръмно натрупаните развалини на железопътния насип.
Свързано съдържание
- Произходът на живота
- Екоцентър: Земята
Препъвайки се по този склонен на глезена склон зад екип от учени, аз прекарах крака през 30-инчовата пукнатина. Наведох се двойно и пъхтя напред в мрака, аз се вмъкнах в бързо движещ се поток и се развихрих на четворки, преди да намеря достатъчно място, за да се изправя изправен на калната банка. Очите ми скоро се приспособиха към неясния блясък на фара, но кожата ми остана лепкава; за разлика от повечето пещери на тази географска ширина, които остават приятно хладни през цялата година, температурата в Долен Кейн се колебае при неудобно влажни 75 градуса. Остра, гнила миризма остана в гърлото ми.
Долен Кейн няма нито една от искрящите колони или варовикови „драперии“ на подземни туристически места като Карлсбадските пещери в Ню Мексико или MammothCave на Кентъки. Едва по-голяма от типичната метростанция в Ню Йорк, на Долен Кейн липсва дори и най-скромният сталактит. И все пак тази пещера се превръща в научна златна мина, привличайки към влажните си дълбини енергична група изследователи, ръководена от Анет Самърс Енгел от Тексаския университет. Носещи предпазни маски за предпазване от токсични газове, които се вдигат от три басейна с пролетта, екипът преследва най-новата глава в 30-годишните усилия да разбере рядката и екзотична форма на пещерата, която Кейн представлява; само около дузина от тези така наречени активни сулфидни пещери са открити в световен мащаб. Когато беше предложена за пръв път в началото на 70-те години, теорията за техния произход беше толкова противоречива, че научната общност отне почти две десетилетия, за да я приеме. В крайна сметка необичайната геохимия на тези пещери преобърна конвенционалното мислене за това как са се образували.
По-важното е, че откриването на „тъмен живот“ - като се предполага, че колонии от микроби, процъфтяващи в тези замърсени с киселини, тъмни черни мрежи - изхвърлиха отдавна вярването, че пещерите са предимно безплодни и стерилни места. Учените ловуват в тези някога скрити дълбочини за микроби, които могат да доведат до нови лечения на рак. И пещерните изследвания също влияят върху мисленето на учените за произхода на живота на земята и възможното му съществуване в други светове. „Пещерата е толкова различна среда, почти е като да отидете на друга планета“, казва геомикробиологът на New Mexico Tech Пени Бостън. „В известен смисъл това е друга планета - частта от нашата собствена планета, която все още не сме изследвали. Точно както дълбоките океани станаха достъпни за науката само през последните няколко десетилетия, сега откриваме такива пионерски усилия, които се извършват в пещерите. ”(Телевизионно изследване на пещерните изследвания, „ Тайнствен живот на пещерите ”, излъчва на PBS's NOVA 1 октомври)
В края на 60-те години аспирант от StanfordUniversity, търсещ предизвикателна тема за докторската си дисертация, стана първият учен, който се промъква през пукнатината на железопътния насип в Уайоминг. Любопитството на Стивън Егмайер веднага беше предизвикано от необичайно топлите температури и неприятните миризми на Долен Кейн. Още по-странни бяха огромните, кални купища от ронлив бял минерал, рядко срещан в пещерите. Това беше гипс или калциев сулфат, основната съставка в Sheetrock или гипсокартон, материалът, познат от строителството на къщата. Когато Егемейер открил, че изворите на Долен Кейн не само са горещи, но и барботират сероводороден газ (известен с миризмата си на гнило), той теоретизира, че сероводородът активно работи в издълбаването на Долен Кейн. От какъвто и да е подземен източник потенциално токсичният газ идваше - от вулканичните резервоари на Йелоустоун на запад или от нефтените находища на BighornBasin на юг - той изплува от изворната вода и в пещерата. Естествено нестабилен, той реагира с кислород във водата, за да образува сярна киселина. Киселината се изяждаше по стените на пещерата и произвеждаше гипс като страничен продукт.
Пионерските изследвания на Egemeier никога не са публикувани широко и не привличат малко внимание през 70-те години. Но докато изчезна, друга група учени се бореха с някои също толкова озадачаващи пещерни загадки. Този път научният лов на детективи се разгърна далеч от грапавите каньони на Уайоминг в добре утъпканите дълбочини на голяма туристическа дестинация - Карлсбадските пещери.
Ранната история на Карлсбад е по същество историята на един индивид, Джим Уайт. Като тийнейджър през 1890-те години Уайт се скиташе близо до къмпинга си в Гуадалупе на Черноморието в югоизточен Ню Мексико, когато забеляза странен тъмен облак, който се завъртя от пустинния под. „Мислех, че е вулкан - каза той по-късно, „ но тогава никога не съм виждал вулкан. “Проследявайки облака до неговия произход в устието на гигантска пещера, Уайт стоеше претъпкан от зрелището на милиони прилепи, които се наливат навън през нощното им ловно изселване. Така започнала през целия му мания за Карлсбад Пещери, която той като цяло изследвал сам, само с немощното трептене на керосинова лампа, която да го ръководи. Приказките на Уайт за обширен подземен лабиринт го превръщат в нещо като местен смях, докато той не убеждава фотограф да го придружи в пещерата през 1915 г. През следващите месеци Уайт ще спуска посетители в желязна кофа на трептяща лебедка в мрака 170 краката отдолу. Днес, разбира се, самотната му мания се превърна в национален парк, привличащ половин милион посетители годишно.
Но може би най-изненадващият аспект от историята на Карлсбад е, че дори през 70-те години на миналия век, когато ежедневните летни посетители наброяват хилядите, минералогията на пещерите и множеството ѝ озадачаващи особености почти не са изучавани. Спелеологията или изучаването на пещери едва ли е била уважавана наука и според експерта по пещери Карол Хил, геолозите от основния поток са склонни да отхвърлят като „груби пещерняци” онези, които са привлечени от темата.
След това, един ден през октомври 1971 г., Хил и трима други млади студенти по геология се изкачиха по стръмна стълба в една от отдалечените стаи на Карлсбад. Докато се носеха около Стаята на мистериите, наречена заради странния шум, излъчван от вятъра там, те бяха поразени от петна от синкава глина в краката им и раздробени, като стени корички, наподобяващи корнфлейк. Одър все още бяха масивните блокове от мек, бял минерал другаде в пещерата. Такива блокове изобщо не трябваше да има.
За едно нещо, този минерал, гипс, бързо се разтваря във вода. И конвенционалното обяснение как се образуват пещерите включва действието на водата - много от нея - проникваща през варовик в продължение на милиони години. Химията е проста: тъй като дъждът пада през атмосферата и се промъква в почвата, той улавя въглероден диоксид и образува слаб кисел разтвор, въглеродна киселина. Тази леко разяждаща подземна вода изяжда варовика и през еони издълбава пещера.
Според тази общоприета теория всички варовикови пещери трябва да се състоят от дълги тесни коридори. Но както всеки, който е преминал през основната атракция на Карлсбад, Голямата стая, знае, че това е гигантска зала, подобна на катедралата, простираща се на еквивалента на шест футболни игрища. Ако голяма подземна река беше издълбала тази огромна пещера, тя трябваше да ерозира или да се отклони от всичко по пътя си, включително гипс. И все пак гигантски бели купища от вещи с дебелина до 15 фута лежат на пода на Голямата стая, едно от най-големите пещерни пространства в света.
Озадачен, Хил беше принуден да заключи, че някакъв драстично различен метод за формиране на пещери трябва да е действал в Гвидалупеските касици. Скоро тя излезе с теория, подобна на тази на Egemeier: че сероводородът, отделен от близките находища на нефт и газ, се е издигнал през планините и е реагирал с кислород в подземните води, за да произвежда сярна киселина, която след това е изяждала пещерите в продължение на милиони години,
Нейната теория на сероводорода предизвика силен скептицизъм у геолозите, които търсеха доказателство, което Карлсбад, като „мъртъв“ или вече не образуващ пещера, не можеше да предостави. За да потвърдят теорията на Хил, учените трябвало да проучат място, където сярната киселина все още яде в пещерата - както беше в Долен Кейн. Но през годините малката пещера под жп коловоза беше повече или по-малко забравена.
През 1987 г. най-сетне се появи внимателното проучване на Хил на Гуадалупе, което съвпада с публикуването на работата на Стивън Егмейер след смъртта му през 1985 г. Тези изследвания, заедно с нови открития на шепа други активни сулфидни пещери по целия свят, се оказаха без съмнение. че пещерите в някои региони са образувани от сярна киселина. Но сега възникна по-мъчителен въпрос: как животът може да процъфтява в тъмни пещери, пълни с токсичен газ?
Един от най-спокойните ми моменти при посещение на Долен Кейн беше, когато насочих лъча на фенерчето си към един от трите басейна на пещерата. Точно под повърхността на водата се простираше луд модел на строга, филмова матираща в стряскащи нюанси на синьо-черно, вермилион и гащещ оранжев Day-Glo, сякаш някой поп изпълнител от 60-те години е хвърлил боя във всяка посока. На някои места петнистите оребрени шарки ми напомниха на НАСА изображения на безплодната повърхност на Марс. При други изглеждаше така, сякаш някой е хвърлил сос за спагети във водата. И плаващи във водата директно над всяка извор, паякообразни бели нишки, като деликатни паяжини, изпълниха призрачен подводен танц в теченията, бълбукащи отдолу.
Всички психеделични цветове принадлежаха на бактериални рогозки, желатинови филми от въглеродни съединения, генерирани от невидими микроби. Тези ярки странични продукти от бактериална активност могат да се видят струпващи се около горещи извори в Йелоустоун и на други места, въпреки че на повърхността те могат да бъдат преодолени от конкуренция от водорасли и други организми. Но какво правеха тук, в Долен Кейн, процъфтявайки толкова обилно на място с отровни газове и без слънчева светлина?
През по-голямата част от 20-ти век учените смятат, че никакви бактерии не могат да съществуват на повече от няколко ярда под горния почвен или океанската кал; под това, смятали учените, животът просто се е разминал. Тогава, през 1977 г., дойде изумителното откритие на причудливи тръбни червеи и други екзотични животни, всички сгушени около потопени вулкани толкова дълбоко в Тихия океан, че слънчевата светлина не ги достига. Тази отвъдноземна екосистема се оказа почти изцяло зависима от активността на серолюбивите бактерии, процъфтяващи върху разпалените течения и газове, отделяни от подводни отвори. Съвсем стряскащи разкрития за микробите на други малко вероятни места скоро последваха: бактерии бяха открити в ядра, пробити на повече от миля под Вирджиния, вътре в скали от негостоприемната Антарктида и на повече от шест мили дълбочина в Тихия океан в дъното на Марианския ров. Сега някои учени спекулират, че скритите подземни бактерии могат да бъдат равни на масата на целия жив материал отгоре.
Този „тъмен живот“, изолиран за милиарди години, отваря озадачаващи перспективи пред учените. Микробиолозите се надяват, че подземните бактерии могат да доведат до нови антибиотици или противоракови агенти. Специалистите от НАСА ги разследват с надеждата да идентифицират подписи, които биха могли да разпознаят в скални проби от Марс или в сонди, които един ден могат да проникнат в замръзналите морета на Европа, една от луните на Юпитер.
Но предизвикателството за всички тези ловци на подземни бъгове е достъпът, откъдето идва Долен Кейн. „Пещерите предлагат перфектен прозорец за навлизане в нормално скрития свят на микробната активност“, казва Даяна Нортуп, пещерна следовател в университета на Ню Мексико. „Някои изследователи спекулират, че животът се е развил първо под земята и се е преместил на повърхността с подобряване на условията. Ако това е вярно, тогава проучванията на подземните микроби могат да предложат улики за природата на някои от най-ранните форми на живот на Земята. "
Въпреки че LowerKaneCave ми беше накиснал и синина или две, дискомфортите ми не бяха нищо в сравнение с изминатите километри и изстисквания, необходими за проникване в много други пещери на сулфид. Нейната достъпност беше една от причините, че Долен Кейн привлича Анет Самърс Енгел първо през 1999 г. и всяка година оттогава, което позволява на нея и на нейния екип от геолози, геохимици и ДНК експерти да извлекат с относителна лекота научното оборудване. Първоначалните им тестове бързо потвърдиха, че Стивън Егмейер е бил прав: сярната киселина, резултатът от реакцията на сероводорода с кислорода, все още изяжда стените на пещерата. Най-интригуващият въпрос беше дали бактериалните рогозки на Долен Кейн добавят към атаката с киселина. Тъй като някои бактерии произвеждат сярна киселина като отпадни продукти, това със сигурност изглеждаше възможно. Планът на Самърс Енгел беше да се справи с въпроса от няколко различни точки. ДНК тест, например, може да идентифицира конкретни микроби. Други тестове могат да покажат дали един микроб, захранван със, например, сяра или желязо, и дали е бил стресов или процъфтяващ.
Предварителните резултати се поклониха на изследователите. „Когато за пръв път дойдохме в Долен Кейн“, казва Самърс Енгел, „естествено предположихме, че всяка постелка се състои главно от окисляващи сяра микроби. Това изглеждаше като здрав разум. Това, което намерихме вместо това, беше изумителна сложност. ”Всяка постелка всъщност се оказа толкова разнообразна, колкото градския квартал в Манхатън. Имаше много микроби, които ядат сяра, всички изхранващи газове, които бълбукаха в изворите. Но имаше и бурна смес от други бактерии. Например, някои, които не забравят за сярата, захранват отпадъците, генерирани от техните съседи. Нито всички бъгове бяха хвърлени на случаен принцип. Ядещи сяра бактерии, например, събрани в горната част на постелката; като алчни консуматори на кислород, те се нуждаеха от въздуха на изворната повърхност, за да оцелеят. Производителите на метан, които не се нуждаят от кислород, бяха концентрирани, предвидимо, в дъното на постелката.
За да установят как изтривалите като цяло влияят на пещерата, учените създали тест за елегантна простота, включващ две пластмасови тръби, всяка от които съдържа идентични варовикови стружки. Устата на едната беше покрита със сурова пластмасова мрежа, позволяваща както на микроби, така и на вода от извора да се въртят вътре. Другият беше покрит с мембрана, която пропускаше вода, но издържаше микробите. След като потопи и двете тръби през пролетта в продължение на няколко месеца, екипът изследва чиповете под микроскоп. Чипът, изложен както на киселата вода, така и на микробите, беше по-тежко ярен и белег от този, изложен само на вода. Тук беше доказателството, че произвеждащите киселини микроби ускоряват създаването на пещерата. „Няма съмнение, че микробите добавят към киселинната химия, която разтваря варовика“, казва геохимикът от Тексаския университет Либи Стърн, „и че без постелките Долен Кейн вероятно би се образувал с много по-бавни темпове.“
Но друга находка беше още по-мъчителна: напълно нов вид микроби, ориентирано идентифициран от биолога на BrighamYoungUniversity Меган Портър. Новият организъм изглежда тясно свързан с микробите, открити в подводните отвори дълбоко в Тихия океан, което е вероятна точка на възникване на живота. „Това е вълнуващо откритие, казва Портър, „ защото предполага, че видовете метаболизми, открити в LowerKaneCave, са много древни. “Също така се вписва с нарастващи доказателства, че животът може да е започнал в дълбините. В припокривни убежища като пещери, подводни отвори и в почвата примитивните микроби щяха да бъдат приютени от вулканичните взривове, метеорните бомбардировки и интензивното ултравиолетово лъчение, което направи планетата толкова негостоприемна в ранните й години. В тези древни убежища, които хората току-що са измислили как да проникнат, животът се развива далеч от слънчевата светлина, често в екстремни условия на топлина и киселинност. Психеделичните изтривалки на Кейн ни напомнят колко изключително разнообразни и издръжливи са били древните пионери на Земята.
Но хоризонтите на пещерните изследвания се простират далеч отвъд нашата собствена планета. Много астрономи и геолози спекулират, че Луната Европа и Марс на Юпитер пристават вода и подземни условия, наподобяващи нашите собствени. Ако микробите могат да оцелеят в тежки условия тук, защо не и там? „Работата ни в пещерите разшири познатите граници на живота на нашата собствена планета“, казва Пени Бостън. „Но това е и страхотна репетиция за проучване на биологични обекти на други планети и тласкане на нашите въображения да свържем земните„ вътрешни земи “с тези на космическото пространство.“
