Několik kilometrů jižně od Lovell ve Wyomingu poblíž hranice s Montanou začíná železnice Burlington Northern postupně postupovat z pastvin a hájů z bavlny. Trať stoupá do medově zbarvené rokle proříznuté vápencem Madison, formace již starověká, když dinosauři potulovali Wyomské mořské pobřeží, a pak prochází nad podzemní komorou, 30 stop pod, známou jako jeskyně Lower Kane Cave. Vstup do jeskyně je téměř neviditelný, prasklina téměř pohřbená strmými hromádkami štěrku železničního násypu.
Související obsah
- Původy života
- EcoCenter: The Land
Narazil jsem dolů po tomto svahu, který se krčil kotníky za tým vědců, a mávl jsem nohou přes 30palcovou trhlinu. Když jsem se ve šeru zdvojnásobil a šplhal jsem kupředu, vklouzl jsem do rychle se pohybujícího proudu a zaplavil se na všechny čtyři, než jsem našel dostatek prostoru, abych stál vzpřímeně na blátě. Moje oči se brzy přizpůsobily matné záři mého světlometu, ale moje kůže zůstala lepkavá; na rozdíl od většiny jeskyní v této zeměpisné šířce, které zůstávají příjemně chladné po celý rok, se teplota v Dolním Kane pohybuje na nepohodlně vlhkých 75 stupních. V krku mi uvízl štiplavý, shnilý zápach.
Lower Kane nemá žádné šumivé sloupy nebo vápencové „závěsy“ podzemních turistických míst, jako jsou Carlsbad Caverns v Novém Mexiku nebo Kentucky's MammothCave. Sotva větší než typická stanice metra v New Yorku, Lower Kane postrádá i ty nejslabší krápníky. Přesto se tato nepředvídatelná jeskyně ukázala jako vědecký zlatý důl a do svých vlhkých hloubek přitahovala energetickou skupinu vědců vedenou Annette Summers Engel z University of Texas. Tým, který nosí ochranné masky, které chrání před toxickými plyny, které se vynoří ze tří pramenných bazénů, sleduje tým poslední kapitolu v 30letém úsilí o pochopení vzácné a exotické formy jeskyně, kterou Kane představuje; na celém světě bylo nalezeno pouze asi tucet těchto takzvaných aktivních sulfidových jeskyní. Když byla poprvé navržena na počátku 70. let, byla teorie jejich původu tak kontroverzní, že ji vědecká komunita obdržela téměř dvě desetiletí. Nakonec neobvyklá geochemie těchto jeskyní převrátila konvenční myšlení o tom, jak byly vytvořeny.
Co je ještě důležitější, objev „temného života“ - objevujících kolonie mikrobů, které se daří v těchto kyselinem prosáklých, černohvězdných netherworldech - vyhodil dlouhodobé přesvědčení, že jeskyně jsou většinou neplodná a sterilní místa. Vědci loví v této kdysi skryté hloubce mikroby, které mohou vést k nové léčbě rakoviny. A jeskynní výzkum také ovlivňuje myšlení vědců o původu života na Zemi a jeho možné existenci v jiných světech. "Jeskyně je takové jiné prostředí, je to skoro jako jít na jinou planetu, " říká geomicrobiolog biolog New Mexico Tech Penny Boston. "V jistém smyslu je to další planeta - část naší vlastní planety, kterou jsme dosud prozkoumali." Stejně jako se hluboké oceány staly přístupnými vědě pouze v posledních několika desetiletích, nyní objevujeme tento průkopnický pokus probíhající v jeskyních. “(Televizní průzkum jeskynního výzkumu„ Mysterious Life of Caves “, vysílá na PBS NOVA 1. října)
Na konci 60. let se student StanfordUniversity, který hledal náročné téma pro svou doktorskou práci, stal prvním vědcem, který se protlačil trhlinou ve Wyomingu na nábřeží. Zvědavost Stephena Egemeiera okamžitě vzbudily neobvykle teplé teploty a nepříjemné pachy Lower Kane. Ještě podivnější byly obrovské, zablácené hromady drobivých bílých minerálů, které se v jeskyních zřídka nacházejí. Jednalo se o sádru nebo síran vápenatý, hlavní složku v Sheetrocku nebo sádrokartonu, materiál známý z výstavby domu. Když Egemeier zjistil, že prameny Lower Kane nebyly jen horké, ale bublaly sirovodík (známý pro svou rotteneggovou vůni), domníval se, že sirovodík aktivně pracuje při vyřezávání Lower Kane. Ať už byl podzemní zdroj jakýkoli, potenciálně toxický plyn nakonec přišel - ať už sopečné nádrže Yellowstone na západ nebo ropná pole BighornBasin na jih - bublal z pramenité vody a do jeskyně. Přirozeně nestabilní, reagoval s kyslíkem ve vodě za vzniku kyseliny sírové. Kyselina jedla na stěnách jeskyně a produkovala sádru jako vedlejší produkt.
Egemeierův průkopnický výzkum nebyl nikdy široce publikován a v 70. letech přitahoval malou pozornost. Ale zatímco to mizelo, další skupina vědců zápasila s některými stejně záhadnými jeskynními hádankami. Tentokrát se vědecký detektivní lov rozvinul daleko od drsných kaňonů Wyomingu v dobře pošlapaných hlubinách významného turistického cíle, Carlsbad Caverns.
Časný karlsbadský příběh je v podstatě příběhem jediného jednotlivce, Jim White. Jako teenager v 90. letech 19. století bloudil White v blízkosti svého kempu v GuadalupeMountains v jihovýchodním Novém Mexiku, když spatřil podivný temný mrak vířící z pouštní podlahy. "Myslel jsem, že to byla sopka, " řekl později, "ale pak jsem nikdy neviděl sopku." Když sledoval oblak k jeho původu u ústí gigantické jeskyně, White stál napjatý podívanou milionů naléhavých netopýrů. na jejich nočním loveckém exodu. Tak začal jeho celoživotní posedlost Carlsbad Caverns, které obecně zkoumal sám, jen slabým blikáním petrolejové lampy, která ho vedla. Whiteovy příběhy o obrovském podzemním labyrintu z něj udělaly něco jako místní smích, dokud nepřesvědčil fotografa, aby ho doprovázel v jeskyni v roce 1915. V následujících měsících White snížil návštěvníky v železném kbelíku na vlnitý naviják do tmy 170 nohy níže. Dnes se samozřejmě jeho osamělá posedlost stala národním parkem, který ročně přitahuje půl milionu návštěvníků.
Snad nejpřekvapivějším aspektem karlovarského příběhu je to, že až v sedmdesátých letech 20. století, kdy se návštěvníci denního léta počítali do tisíců, nebyla dosud studována mineralogie jeskyní a její mnoho záhadných rysů. Speleologie, neboli studium jeskyní, byla sotva seriózní věda, a podle jeskynního experta Carol Hillové geologové hlavního proudu inklinovali k tomu, aby odmítli jako „špinavé jeskyně“ ty, kteří byli k předmětu přitahováni.
Poté, jednoho dne v říjnu 1971, Hill a tři další mladí studenti postgraduálního studia geologie vylezli na strmý žebřík do jedné z karlovarských odlehlých komor. Když se plazili po tajemné místnosti, pojmenované podle zvláštního hluku vydávaného větrem, byli zmateni skvrnami namodralé hlíny u nohou a drobivými krupičkami podobnými kukuřici na stěnách. Odra byly stále masivní bloky měkkého bílého minerálu jinde v jeskyni. Takové bloky by tam vůbec neměly být.
Jednak se tento minerál, sádra, rychle rozpustí ve vodě. A konvenční vysvětlení toho, jak se vytvářejí jeskyně, zahrnuje působení vody - hodně z toho - pronikání vápencem po miliony let. Chemie je jednoduchá: jak déšť padá atmosférou a kape do půdy, zachytává oxid uhličitý a tvoří slabý kyselý roztok, kyselinu uhličitou. Tato mírně žíravá podzemní voda odčerpává vápenec a po celá léta leptá jeskyni.
Podle této všeobecně přijímané teorie by všechny vápencové jeskyně měly sestávat z dlouhých úzkých chodeb. Jak ale ví kdokoli, kdo se vydal po hlavní karlovarské přitažlivosti, Velká místnost, jedná se o obrovskou katedrálu podobnou halu, která se rozprostírá přes ekvivalent šesti fotbalových hřišť. Pokud by tato obrovská jeskyně vytesala hlavní podzemní řeku, měla by zničit nebo zametnout všechno, co jí stálo na cestě, včetně sádry. Obrovské bílé hromady věcí až do hloubky 15 stop leží na podlaze Velké místnosti, jednoho z největších jeskynních prostorů na světě.
Hill byl zmatený a byl nucen dojít k závěru, že v GuadalupeMountains musela fungovat nějaká drasticky odlišná metoda formování jeskyní. Brzy přišla s teorií podobnou Egemeierově: tento sirovodík vydávaný blízkými ropnými a plynovými poli stoupal přes hory a reagoval s kyslíkem v podzemní vodě, aby vytvořil kyselinu sírovou, která pak jeskyně po miliony let snědla .
Její teorie sirovodíku vzbudila mezi geology intenzivní skepticismus, který hledal důkaz, který Carlsbad, jako „mrtvý“ nebo již netvořící jeskyně, nemohl poskytnout. Aby potvrdili Hillovu teorii, museli vědci prozkoumat místo, kde kyselina sírová v jeskyni stále jedla - jako tomu bylo v Lower Kane. Ale v průběhu let byla malá jeskyně pod železniční tratí víceméně zapomenutá.
V roce 1987 se nakonec objevila Hillova pečlivá studie o Guadalupech, která se shodovala s publikací díla Stephena Egemeiera po jeho smrti v roce 1985. Tyto studie spolu s novými objevy hrstky dalších aktivních sulfidových jeskyní po celém světě se nepochybně prokázaly že jeskyně v některých oblastech byly tvořeny kyselinou sírovou. Nyní však vyvstala více vzrušující otázka: Jak by mohl život prospívat uvnitř tmavých jeskyní plných toxického plynu?
Jedním z mých nejstrašidelnějších okamžiků na návštěvě Lower Kane bylo, když jsem zamířil paprsek baterky na jeden ze tří bazénů jeskyně. Těsně pod hladinou vody se táhl šílený vzor strunných, filmových rohoží v překvapivých odstínech modro-černé, vermilionové a křiklavé Day-Glo oranžové, jako by nějaká popová umělkyně šedesátých let hodila barvy v každém směru. Na některých místech mi skvrnité oranžové skvrny připomínaly obrázky NASA neúrodného povrchu Marsu. V jiných to vypadalo, jako by někdo vypustil špagetovou omáčku do vody. A vznášející se ve vodě přímo nad každým jarem, spidery bílá vlákna, jako jemná pavučiny, dělala strašidelný podvodní tanec v proudech bublajících zdola.
Psychedelické barvy patřily k bakteriálním rohožím, želatinovým filmům sloučenin uhlíku vytvářených neviditelnými mikroby. Tyto živé vedlejší produkty bakteriální aktivity se mohou shlukovat kolem horkých pramenů v Yellowstonu a jinde, i když na povrchu mohou být přemoženy konkurencí řas a jiných organismů. Ale co dělali tady v Lower Kane, prosperující tak hojně na místě s jedovatými plyny a bez slunečního světla?
Po většinu 20. století vědci věřili, že žádná bakterie nemůže existovat více než několik yardů pod ornou půdou nebo oceánským bahnem; pod tím, jak si vědci mysleli, život prostě vyprchal. Poté, v roce 1977, přišel ohromující objev bizarních trubkových červů a dalších exotických zvířat, všichni se schoulili kolem ponořených sopek tak hluboko v Tichomoří, že jim sluneční paprsek nedosáhl. Ukázalo se, že tento mimozemský ekosystém téměř zcela závisí na aktivitě bakterií milujících síru, prosperujících na opařujících proudech a plynech uvolňovaných podmořskými průduchy. Stejně překvapivé odhalení o mikrobech na jiných nepravděpodobných místech brzy následovalo: bakterie byly nalezeny v jádrech vyvrtaných více než kilometr pod Virginií, uvnitř hornin z nehostinného Antarktidy a více než šest mil hluboko v Pacifiku na dně Marianas Trench. Někteří vědci nyní spekulují, že skryté podpovrchové bakterie se mohou rovnat hmotnosti veškerého výše uvedeného živého materiálu.
Tento „temný život“ izolovaný na miliardy let otevírá vědcům vzrušující vyhlídky. Mikrobiologové doufají, že podzemní bakterie mohou vést k novým antibiotikům nebo protirakovinovým látkám. Specialisté NASA je vyšetřují v naději, že identifikují podpisy, které by mohli rozpoznat ve vzorcích hornin z Marsu nebo v sondách, které jednoho dne mohou proniknout do zamrzlých moří Evropy, jednoho z Jupiterových měsíců.
Ale výzvou pro všechny tyto lovce podzemních bugů je přístup, což je místo, kam přichází Lower Kane. „Jeskyně nabízejí dokonalé vstupní okno do normálně skrytého světa mikrobiálních aktivit, “ říká Diana Northup, vyšetřovatelka jeskyní na univerzitě. Nového Mexika. "Někteří vědci spekulují, že život se vyvinul nejprve pod zemí a pohyboval se na povrch, jak se podmínky zlepšovaly. Pokud je to pravda, pak studie podpovrchových mikrobů mohou poskytnout vodítko k povaze některých z nejranějších forem života na Zemi. “
Přestože mi LowerKaneCave dal namočení a modřinu nebo dvě, mé nepohodlí nebylo nic ve srovnání s kilometry krčení a mačkání potřebných k proniknutí do mnoha jiných sulfidových jeskyní. Jeho dostupnost byla jedním z důvodů, proč Lower Kane přitahovala Annette Summers Engel nejprve v roce 1999 a každý rok od té doby, co jí a jejímu týmu geologů, geochemistů a odborníků na DNA umožňovalo relativně snadno vynášet vědecké zařízení dovnitř a ven. Jejich počáteční testy rychle potvrdily, že Stephen Egemeier měl pravdu: kyselina sírová, výsledek sirovodíku, který reagoval s kyslíkem, skutečně stále stáhl stěny jeskyně. Nejzajímavější otázkou bylo, zda bakteriální rohože Lower Kane přidávají k útoku kyseliny. Protože některé bakterie produkují kyselinu sírovou jako odpadní produkty, rozhodně se to zdálo možné. Summers Engel plánoval řešit otázku z několika různých úhlů. Například test DNA může identifikovat konkrétní mikroby. Jiné testy by mohly zjistit, zda se mikrób živil, řekněme, sírou nebo železem, a zda byl stresovaný nebo vzkvétající.
Předběžné výsledky nad výzkumníky. „Když jsme poprvé přišli do Lower Kane, “ říká Summers Engel, „přirozeně jsme předpokládali, že každá rohož bude sestávat hlavně z mikrobů oxidujících síru. Vypadalo to jako zdravý rozum. Místo toho jsme zjistili, že je úžasná složitost. “Ve skutečnosti se ukázalo, že každá rohož byla stejně rozmanitá jako městský blok na Manhattanu. Bylo tam spousta mikrobů s obsahem síry, které všechny napájely plyny, které v pramenech bublaly. Ale existovala také nepokoje, které se vyskytly i v jiných bakteriích. Například někteří, kteří nevnímali síru, krmili odpad, který vytvářeli jejich sousedé. Nebyly také náhodně hozeny všechny chyby. Například bakterie konzumující síru se shromažďují v horní části rohože; jako chamtiví spotřebitelé kyslíku potřebovali k přežití vzduch na jaře. Výrobci metanu, kteří nepotřebují žádný kyslík, byli předvídatelně soustředěni na dno rohože.
Aby vědci zjistili, jak rohože jako celek ovlivňují jeskyni, vymysleli vědci test elegantní jednoduchosti zahrnující dvě plastové trubky, z nichž každá obsahovala identické vápence čipy. Ústa jedné byla pokryta hrubou plastovou sítí, umožňující víření mikrobů i vody z pramene uvnitř. Druhý byl pokryt membránou, která přijímala vodu, ale udržovala mikroby mimo. Po ponoření obou zkumavek na jaře na několik měsíců, tým studoval čipy pod mikroskopem. Čip, který byl vystaven kyselé vodě i mikrobům, byl těžší a zjizvenější než ten, který byl vystaven samotné vodě. Zde byl důkaz, že kyselé mikroby urychlují tvorbu jeskyně. "Není pochyb o tom, že mikroby přidávají do kyselé chemie, která rozpouští vápenec, " říká geochemista University of Texas Libby Stern, "a že bez rohoží by se Dolní Kane pravděpodobně formoval mnohem pomaleji."
Ale další nález byl ještě dráždivější: zcela nový druh mikrobu, předběžně identifikovaný biologem BrighamYoungUniversity Megan Porter. Zdá se, že nový organismus úzce souvisí s mikroby, které se nacházejí na podmořských průduchech hluboko v Tichomoří, což je pravděpodobné místo vzniku života. "Je to vzrušující objev, " říká Porter, "protože to znamená, že typy metabolismů nalezených v LowerKaneCave jsou velmi staré." Také to sluší s rostoucím důkazem, že život mohl začít v hlubinách. V podpovrchových rájích, jako jsou jeskyně, podmořské průduchy a v půdě, by primitivní mikroby byly chráněny před sopečnými výbuchy, bombardováním meteorů a intenzivním ultrafialovým zářením, díky nimž byla planeta v prvních letech tak nehostinná. V těchto prastarých útočištích, které lidé teprve přišli na to, jak proniknout, se život vyvinul daleko od slunečního světla, často v extrémních podmínkách tepla a kyselosti. Kaneovy psychedelické rohože nám připomínají, jak musejí být prastarí průkopníci neobyčejně různorodé a vytrvalé Země.
Obzory jeskynního výzkumu však zasahují daleko za naši vlastní planetu. Mnoho astronomů a geologů spekuluje, že Jupiterův Měsíc Evropa a Mars mají přístavní a podmořské podmínky připomínající naše vlastní. Pokud zde mohou mikroby přežít v drsných podmínkách, proč ne také? "Naše práce v jeskyních rozšířila známé limity života na naší vlastní planetě, " říká Penny Boston. "Ale je to také skvělá zkouška na šaty pro studium biologických lokalit na jiných planetách a tlačení naší představivosti, aby propojila pozemské" vnitřní terestriály "s těmi z vesmíru."
