Starověké bakterie z téměř dvou kilometrů pod zemským povrchem: to je to, co nejprve přitáhlo Tullis Onstotta, aby začal hledat život na těch nejpravděpodobnějších místech. Geomikrobiolog se právě zúčastnil setkání amerického ministerstva energetiky z roku 1992 o skalách, které byly podle odhadů staré více než 200 milionů let - starší než většina dinosaurů. Tyto prehistorické horniny byly objeveny z průzkumu plynu a ukázalo se, že se hemží bakteriemi.
Související obsah
- Tajemný marťanský „květák“ může být nejnovějším náznakem mimozemského života
- Desetiletí dlouhá pátrání do zemského pláště může brzy zasáhnout Pay Dirt
"Bylo to pro mě docela úžasné, " říká Onstott z Princetonské univerzity. "Myšlenka, že tyto bakterie žily v těchto triasových horninách od doby, kdy byly uloženy v době před věkem dinosaurů, mě napadla, že tento nápad mě zaujal, " říká.
Tyto skály byly mezi prvními podstatnými důkazy o tom, že život existoval míle pod zemí, a oni nastartovali snahu vědců studovat život v takzvaném hlubokém podpovrchu. Během posledních 20 let Onstott a další zjistili, že na mnohem více nehostinných místech je větší rozmanitost života, než si kdokoli dokázal představit.
Hluboký život byl nalezen po celém světě a za různých podmínek - v ropných polích a zlatých dolech, pod ledovými pláty v Grónsku a Antarktidě a v sedimentech a horninách pod mořským dnem. Tato místa mohou být extrémně nepřátelská prostředí, s tlaky 10 až 100 krát, než je na povrchu. Teploty se mohou pohybovat od téměř mrazu do více než 140 stupňů Fahrenheita.
Míle nebo více pod povrchem není sluneční světlo a velmi málo kyslíku. V těchto strohých prostředích musí stvoření škrábat na živobytí jakoukoli energii, kterou mohou shromáždit ze svého okolí. To znamená, že tempo života tam dole může být někdy neuvěřitelně pomalé. Tyto mikroby mohou být tisíce až milionkrát menší než jejich bratři nad zemí. A někteří možná byli už stovky, tisíce nebo dokonce miliony let - skutečné mikroskopické Metuzalémy.
Tato stvoření hlubiny jsou různorodá, skládající se z bakterií a jiných jednobuněčných organismů zvaných archaea. Míle pod povrchem jsou dokonce mnohobuněčná zvířata, včetně drobných červů zvaných nematody.
"Co bylo překvapivé, když pokračujeme ve zkoumání tohoto hluboce skrytého vesmíru, je to, že je to tam dole složitější, než jsme si vůbec dokázali představit, když jsme se začali dívat na vzorky triasu zpět v 90. letech, " říká Onstott.
Tato složitost otevřela vědcům svět možností, od čištění toxického odpadu až po hledání mimozemského života. Některé z těchto hlubokých organismů se živí přímo kovy a minerály a mohou ovlivňovat podzemní vodu zvyšováním nebo snižováním hladin arsenu, uranu a toxických kovů. Vědci doufají, že tyto bakterie mohou být brzy přizpůsobeny k zachycení nebo odstranění takových škodlivých látek z věcí, jako je odpadní voda unikající z dolu.
Ale možná nejvíce vzrušující je myšlenka, že podmínky hluboko v podzemí jsou tak cizí, že mohou dát vědcům stopy o tom, kde najít mimozemský život - a jak by tento život mohl vypadat.
"To přímo souvisí s tím, zda by život mohl existovat pod hladinou Marsu, " říká Onstott. "To je opravdu to, co mě přitáhlo do tohoto pole od začátku a stále je pro mě řidič."
Mezi extrémním prostředím a relativním nedostatkem organismů vědci zkoumají tyto mikroby do velkých délek - a hloubek. Vydávají se do dolů a jeskyní nebo používají vrtáky k extrakci vzorků z pozemních míst nebo z mořského dna. V některých oblastech může trvat i několik dní, než se získá dokonce jeden vzorek. "Jít na konec země a vrtat, nebo jít do Arktidy a jít do podzemí míle získat vzorek, to není snadné, " říká Onstott.
Sondování pekelných hloubek
Téměř kilometr pod zemským povrchem, hluboko v jihoafrickém zlatém dole Beatrix, Maggie Lau hledá život. Je horké a vlhké a temnotu narušují pouze světlomety, protože Lau, geomikrobiolog z Onstottovy skupiny na Princetonské univerzitě, sbírá vodu z vrtů. Jedná se o díry vyvrtané do skály geology, kteří hledají plynové a vodní kapsy před těžebními operacemi. Lau naplní sortiment lahviček vzorky plynu a vody, jejichž objem se pohybuje v rozmezí od méně než čajové lžičky po více než dvě pinty.
Maggie Lau shromažďuje vrtnou vodu v lahvičce více než dvě míle pod zemským povrchem v jihoafrickém zlatém dole TauTona. (Francois Vermeulen (Geosciences Manager, AngloGold Ashanti Limited)) Plyn, který shromažďuje Lau, může odhalit, jak stará voda je. "Ukázky, které studuji, jsou staré kolem 40 000 až 80 000 let, " říká. Voda mohla pocházet z povrchu a po tisíce nebo dokonce miliony let stékala trhlinami, čímž s sebou ničila mikroorganismy buď z povrchu, nebo z mělčích oblastí podpovrchu.
Na rozdíl od vody se Lau vydává rychleji a dramatičtěji na místo výzkumu. Zamíří dolů dolů šachtou ve výtahové kleci - která klesne téměř o jednu míli za méně než minutu - a pak míří nebo mílí s naloženým batohem. Některé tunely vyžadují, aby vědci prolezli, přetáhli své smečky za sebou nebo se v zatopených částech brodili kolenní nebo stehenní vodou. Klecová lanovka občas není k dispozici po náročném pracovním dni a Lau a Onstott musí vzít schody zpět nahoru. "Žertovali jsme, že to bylo jako schodiště do nebe, " říká.
V pekelných hlubinách, kde voda může dosáhnout 130 stupňů Fahrenheita a samotné skály jsou často na dotek teplé, není mnoho života. Aby se shromáždilo co nejvíce živých buněk pro její analýzu, nechává Lau některé z lahviček, aby odfiltrovaly stovky až tisíce galonů vody během několika týdnů až několika měsíců.
Asi kilometr pod povrchem může Lau obvykle najít 1 000 až 10 000 buněk v méně než čajové lžičce vody. To by se mohlo zdát jako hodně, ale špetka půdy z vašeho dvorku může obsahovat 100 000 až miliónkrát tolik buněk. Na lokalitách více než kilometr pod zemí by mohlo být na jednu lžičku vody jen 500 buněk. Lau odhaduje, že bude muset filtrovat vodu nepřetržitě po dobu 200 dnů, aby získala dostatek DNA a RNA pro její analýzu.
Může být obtížné pěstovat bakteriální druhy v laboratoři, aniž by věděli o konkrétním jídle, které jedí, ani o přesných podmínkách, za kterých se jim daří. Vědci dokázali pěstovat pouze asi jedno procento bakterií, které nacházejí na svých hlubokých polích. Výsledkem je, že většina druhů je známa pouze z jejich jedinečných molekulárních podpisů - a sekvenování DNA nebo RNA odhalilo množství dříve neidentifikovaných bakterií ve vzorcích, které tam vědci shromáždili.
Toto časosběrné video ukazuje vědce, kteří shromažďují vzorky uvnitř jihoafrického zlatého dolu. (Gaetan Borgonie)Nedávno Lau jde o krok dále, než zjistí, co tam dole žije - chce vědět, co dělají pro život. Bez slunečního světla a rostlin, které zachycují sluneční energii pomocí fotosyntézy, musí tyto hluboce žijící bakterie přežít na energii z chemických reakcí mezi horninami a vodou. Tyto reakce mohou vést k tvorbě vodíku, metanu a síranů a vědci se domnívali, že tyto tři chemikálie podporují většinu bakterií žijících v tomto hlubokém prostředí.
K jejímu překvapení Lau zjistila, že tomu tak není. Místo toho chemikálie podporují pouze menšinu bakterií, které pak produkují síru a dusičnany. V těchto prostředích dominovaly bakterie, které se živily těmito sekundárními chemikáliemi.
To znamená, že při hledání hlubokého života na Zemi nebo v jiných světech by vědci měli hledat širší škálu metabolických reakcí. "Soustřeďte se jen na několik hlavních procesů." Měli bychom se více dívat na úplnou a úplnou metabolickou krajinu, “říká Lau.
"Být schopen skutečně vidět, co tam všichni teď dělají, je naprosto nejúžasnější věc, něco, co jsme vždy chtěli dělat, a pokusit se přijít na to, jak to udělat za posledních 20 let, a nyní můžeme konečně to udělej, “říká Onstott.
"První snímek Lau, je to jako získat první snímek zpět z Marsu nebo tak něco, je to neuvěřitelné, " dodává.
Opravdová zoo
Tam, kde je kořist, jsou obvykle dravci. A bakterie připravují chutné jídlo pro mnoho tvorů.
Když Gaetan Borgonie slyšel o těchto hlubokých bakteriích, přemýšlel, jestli by na stejných podzemních místech našel červy zvané nematody - které se živí bakteriemi. Borgonie, zoolog z Extreme Life Isyensya v belgickém Gentbrugge, pracoval na těchto červech 20 let. Věděl, že hlístice dokážou přežít na povrchu širokou škálu podmínek, včetně extrémně horkých nebo studených teplot a velmi nízkých hladin kyslíku, takže teoreticky jsou vhodné pro podmínky hluboko pod zemí.
Borgonie zavolal Onstotta, který ho pozval, aby přišel prozkoumat doly v Jižní Africe. Ale najít tyto červy nebylo snadné. Přestože jsou na povrchu velmi hojné, musel Borgonie v dolech odebrat více než 2 500 galonů vody, aby našel jednu nematodu. "Opravdu musíte změnit své myšlení a nechat to, co víte, z povrchu, protože underground je jiná planeta, " říká.
Borgonie objevil velké množství nematodů žijících v dolech ve 3 000 až 12 000 let staré vodě z vrtů, stejně jako ve stalaktitech visících z důlních tunelů. Jednalo se o jeden nový druh nalezený téměř kilometr pod povrchem a další neidentifikovaný červ žijící více než dvě míle dolů. Tato zvířata byla prvním důkazem mnohobuněčného eukaryotického života tak hluboko, říká Borgonie.
Na rozdíl od jedinečných bakterií nalezených v těchto hloubkách, převážná většina červů patřila k druhům vyskytujícím se na povrchu. "Tato zvířata jsou již zvyklá na stres a zvířata, která jsou na povrchu oportunistická, se v podzemí velmi dobře daří, " říká Borgonie.
Hluboká prostředí by ve skutečnosti mohla přinést určité výhody, vzhledem k stabilním podmínkám a nedostatku dravců pro červy. "Pro ně je to jako dovolená, " říká Borgonie.
Bílé šipky ukazují na bakterie nalezené v biofilmech ve vrtné vodě z jihoafrického zlatého dolu Kopanang. (Gaetan Borgonie) V přesvědčení, že v dolech musí být více takových tvorů, opustil Borgonie své vzorkovací zařízení v jihoafrickém zlatém dole Driefontein na dva roky, aby mohl filtrovat více než tři miliony galonů vody - dost na to, aby zaplnil téměř pět olympijských bazénů.
"Tehdy jsme našli celou zoo, " říká Borgonie. Identifikoval několik dalších mnohobuněčných organismů, včetně plochých červů a segmentovaných červů, a také toho, co se zdálo být korýšem. Téměř všechny tyto druhy přežily jedením bakterií.
Objev těchto organismů je povzbudivý pro vědce hledající mimozemský život, říká Borgonie. "Myslím, že je velmi dobré, že jsme našli tak obrovský ekosystém pod zemí, " říká. "Pokud dokážeme, že dokážou přežít neurčitě v podzemí, může to být velmi dobrá zpráva pro lidi hledající život na Marsu."
"Opravdu bych rád dělal tuto práci na planetě Mars, " říká. "Proto vždycky říkám, že pokud mi někdy dají jednosměrnou letenku na Mars, jsem pryč."
The Alien Deep
Borgonie možná ještě nemá lístek, ale nadcházející vesmírné průzkumné mise by nám mohly poskytnout lepší představu o tom, zda jiné části sluneční soustavy mohou podpořit život.
"Jedna z věcí, která lidem poskytla pocit optimismu, pokud jde o astrobiologii, je zjištění, že existují organismy, které mohou přetrvávat v tom, co bychom považovali za velmi extrémní podmínky, " říká Tori Hoehler, astrobiolog ve výzkumném středisku NASA Ames Research Center. Hoehler je členem týmu NASA Astrobiologického institutu Rock-Powered Life, který studuje, jak reakce mezi různými druhy hornin a vody mohou generovat dostatek energie pro podporu života.
"Jedním z nejrozšířenějších stanovišť, který je k dispozici, je biotop definovaný horninou a vodou, " říká Hoehler. Dokážete si představit, že aquifery sedí hluboko pod povrchem Marsu nebo oceány, které se shlukují nad skalní kůrou Jupiterova měsíce Europa nebo Saturnova měsíce Enceladus, říká.
Síť NASA Europa Multiple Flyby Mission, která má být spuštěna v příštích pěti až deseti letech, poskytne vědcům lepší představu o tom, zda má ledový měsíc Jupiteru prostředí, která by mohla podporovat život. Pokud jde o Mars, vědci se přestali ptát, zda mohou najít obyvatelná prostředí, aby skutečně hledali důkazy o životě samotném, říká Hoehler.
Přestože podmínky na povrchu Marsu jsou v současné době extrémně nehostinné k životu, zdá se, že planeta měla v minulosti svou atmosféru a povrchovou vodu. Pokud by se pak život vyvinul, mohl by se rozšířit na marťanské podzemí, kde prostředí zůstalo stabilní, i když se povrch stal nepřátelským. Je možné, že život stále přetrvává hluboko v podzemí a čeká, až ho vykopat.
Umělecké vykreslování ESA ExoMars Rover, které nese vrták navržený tak, aby snímal až 6, 5 stop pod povrchem Marsu. (ESA) Nebudeme muset čekat příliš dlouho na to, abychom se dostali pod náš povrch. Mise Evropské vesmírné agentury v roce 2018 ExoMars bude cvičit asi šest stop pod povrchem Marsu, aby hledala známky života. To nemusí být dost hluboké na to, abychom našli živé organismy, ale mělo by být dost hluboko pod povrchem, abychom mohli najít důkaz života.
Více než 20 let od doby, kdy mu staré bakterie poprvé nahlédly do hlubokého života Země, nemůže Onstott čekat, až uvidíme, co na Marsu najdeme, zvláště když vědci mohou kopat trochu hlouběji.
"Pokud je na Marsu sladká skvrna, někde tam, kde máš jen správnou rovnováhu mezi teplotou a vodou, pak by za těchto podmínek mohly přežít organismy."
Zjistěte více o tomto výzkumu a další informace na observatoři Deep Carbon Observatory.
