Ученые из Глубокой углеродной обсерватории (DCO) трансформируют наше понимание жизни глубоко внутри Земли и, возможно, в других мирах. Их открытия предполагают, что в недрах других планет и лун может существовать изобилие жизни, даже там, где температура экстремальна, а энергии и питательных веществ мало. Они также обнаружили, что вся жизнь, скрытая в глубине Земли, содержит в сотни раз больше углерода, чем все человечество, и что глубокая биосфера почти вдвое превышает объем всех океанов Земли.
«Существующие модели углеродного цикла ... все еще находятся в стадии разработки». - Доктор Марк Левер, DCO Deep Life Community Руководящий комитет. ”
DCO - это не учреждение, а группа из более чем 1000 ученых из 52 стран, включая геологов, химиков, физиков и биологов. Они приближаются к концу 10-летнего проекта по исследованию того, как глубокий углеродный цикл влияет на Землю. 90% углерода Земли находится внутри планеты, и DCO - наша первая попытка действительно понять это.
DCO - это глобальное начинание. Группы ученых исследовали некоторые из самых глубоких шахт на Земле, пробурили их глубже, чем когда-либо прежде, и изучили вулканы в своих попытках понять глубокий углеродный цикл Земли. И они еще не совсем закончены.
Они обнаружили странный подземный мир, в котором содержится от 245 до 385 раз больше углерода, чем все человечество. По данным DCO, 70% бактерий и архей Земли живут под землей, и они существуют в самой глубокой из известных недр. И некоторые из них зомби.
Некоторые из них существуют в средах с чрезвычайно низким содержанием энергии и питательных веществ. Они почти не растут и тратят имеющиеся у них ресурсы на поддержание себя, а не на воспроизводство. Эти "зомби" бактерии могут жить миллионы лет без размножения, ошеломляющее открытие, имеющее значение для истории жизни на Земле и существования жизни в других мирах.
Для более глубокого изучения работы DCO я поговорил с доктором Марком Левером, геомикробиологом и профессором Швейцарского федерального технологического института в Цюрихе. Доктор Левер также входит в руководящий комитет DCO Deep Life Community и дает нам более глубокое представление о работе DCO, о том, что ждет нас в будущем, и каковы последствия этого для поиска жизни.
Ниже приводятся выдержки из электронного интервью с доктором Левером, в котором обсуждается глубокий углеродный цикл и жизнь в глубине Земли.
UT: Я знаю, что ученые неохотно спекулируют слишком много, и не без причины. Но журнал Space Magazine - это прежде всего сайт по космической науке, и я знаю, что наши читатели будут удивлены, как эти знания связаны с поиском жизни в нашей Солнечной системе. Марс? Ледяные Луны? Другие миры?
М.Л .: «Было много разговоров об использовании фундаментальных идей, полученных в результате изучения глубокого углеродного цикла Земли, для изучения обитаемости и круговорота углерода на других планетах и планетных спутниках в нашей солнечной системе. Подобно Планете Земля, которая имеет богатую и обширную биосферу в своих подземных породах и осадочных средах, эти планеты и их спутники могут иметь плодовитую и разнообразную биосферу ниже своих зачастую необитаемых поверхностей ».
«… Наша планета может оказаться… идеальным испытательным полигоном для технологий, которые позволят открыть и детально изучить жизнь в других местах нашей солнечной системы и за ее пределами». - Доктор Марк Левер.
«Многие из технологий, используемых для изучения глубинной жизни на Земле, включая технологии бурения, которые обеспечивают доступ к пробам, не загрязняющим окружающую среду, за километры ниже морского дна или из глубин антарктических ледяных образований, а также сложные инструменты и инструменты автоматического мониторинга, которые были разработаны будет иметь важное значение для изучения этих внеземных систем ».
«Наша планета может оказаться - частично спонсируемой DCO - идеальным полигоном для испытаний технологий, которые позволят открыть и детально изучить жизнь в других частях нашей солнечной системы и за ее пределами».
«Я также думаю, что научные открытия имеют отношение к открытию и открытию жизни на других планетах. Одним из основных направлений исследований Глубокой углеродной обсерватории является определение границ жизни - и круговорота биологического углерода - на Земле. Какие переменные определяют, где жизнь может или не может существовать на Земле? Эверетт Шок удачно ввел термин «биотическая окраина», чтобы описать эту воображаемую границу в условиях окружающей среды, которая отделяет обитаемое от необитаемого ».
«Внутренняя часть Земли является очень многообещающим местом для изучения этой биотической окраины из-за огромного диапазона условий с точки зрения температуры, pH, давления, порового пространства, концентрации питательных веществ и наличия энергии, которые можно найти там. Несколько экспедиций (DCO) сумели пробурить глубокие отложения и скальные образования и смогли документировать, как биомасса и численность жизни постепенно уменьшаются до тех пор, пока жизнь не приблизится к пределу обнаружения или станет ниже ».
«Если жизнь на внеземных телах имеет ту же или сходную биохимию с жизнью на Земле, то понимание того, что контролирует и ограничивает распределение жизни на Земле, вероятно, будет уместно для этих других внеземных тел».
«С точки зрения планетарных тел, которые мы начали исследовать более подробно, текущий размер выборки равен 1. Степень, в которой наши интерпретации верны или даже универсальны, может быть определена только путем изучения дополнительных планетарных тел, помимо тех, которые мы живем в настоящее время. на."
UT: Повлияют ли эти новые знания об углеродном цикле Земли и глубокой биосфере на наше понимание изменения климата не только сейчас, но и в более глубоком прошлом?
М.Л .: «Целью глубокого углеродного цикла было улучшение фундаментального понимания углеродного цикла с момента образования Земли. Большая часть этих исследований в основном имеет отношение к текущим и прошлым изменениям климата в том смысле, что она способствует лучшему пониманию факторов, контролирующих обмен углерода между «поверхностным миром» - атмосферой, гидросферой и самым внешним слоем литосферы - и «Глубокая недра», то есть большая часть планеты, которая лежит где-то на расстоянии от нескольких метров до тысяч километров ниже самого внешнего слоя литосферы ».
«Даже малейшие изменения в углеродных обменах между поверхностным и подземным миром будут иметь драматические последствия для климата Земли - в любое время на протяжении всей ее истории». - Доктор Марк Левер.
«Понимание этих обменов чрезвычайно важно для понимания прошлых, современных и будущих изменений климата, поскольку количество углерода, присутствующего в« поверхностном мире », вероятно, составляет всего одну десятитысячную от количества углерода, присутствующего в подземных отложениях во всем мире, и, возможно, только одна сотая часть того количества углерода, которое присутствует в земной коре и верхней мантии ».
«Даже малейшие изменения в углеродных обменах между поверхностным и подземным миром будут иметь драматические последствия для климата Земли - в любое время на протяжении всей ее истории».
UT: Могла ли глубокая биосфера сыграть роль в восстановлении Земли после таких событий, как вымирание перми и триаса? Это огромный вопрос, но есть ли способ понять глубокую биосферу в прошлом и как она могла измениться со временем?
М.Л .: «Самая прямая связь, которую я вижу с исчезновением пермско-триаса, идет в другом направлении: есть свидетельства того, что примерно в то же время, независимо от того, связаны ли они с сильными метеорическими воздействиями или нет, произошло увеличение выбросов метана из гидраты метана, то есть «метановый лед», который образуется при низкой температуре и под высоким давлением на морском дне ».
«Большая часть метана и гидрата метана, которые присутствуют на морском дне, вероятно, производится микроорганизмами, живущими от нескольких метров до сотен метров ниже морского дна. Резкое высвобождение огромного количества мощного метана парникового газа, который был в основном произведен микроорганизмами глубокой биосферы, возможно, способствовало исчезновению пермско-триасового периода ».
«В океанах есть микроорганизмы, которые едят метан и дышат кислородом. Когда количество растворенного метана увеличилось, эти микроорганизмы, возможно, израсходовали весь растворенный кислород в частях океана и способствовали исчезновению многих морских животных, которым требуется дышащий и выживший растворенный кислород ».
UT: Я продолжаю думать о глубокой биосфере как о своеобразном «хранилище» для земного генетического материала, своего рода непреднамеренном сохранении. Как вы думаете, есть ли точность в этой идее?
М.Л .: «Мне очень нравится понятие« хранилище », и я думаю, что оно имеет смысл, потому что некоторые типы среды внутри Земли, например, Ультрамафитовые породы, базальтовая кора, вероятно, оставались довольно похожими с момента возникновения жизни около четырех миллиардов лет назад ».
«Идея микробного« хранилища », вероятно, в основном применима к живым организмам, которые имеют механизмы для восстановления своей генетической информации, то есть ДНК и РНК».
«Кажется маловероятным, что мы когда-либо сможем восстановить нетронутые генные последовательности из самых ранних живых организмов Земли в глубокой биосфере», - доктор Марк Левер, DCO.
«ДНК и РНК являются отличными источниками энергии и питательных веществ для многих микроорганизмов и быстро разлагаются ими, если они попадают в окружающую среду. Они также разрушаются спонтанными химическими реакциями, которые происходят даже внутри живых клеток. Живые клетки могут обнаруживать большинство из этих спонтанных мутаций, восстанавливать их и тем самым сохранять нетронутую генетическую информацию, которая позволяет им оставаться в живых. ДНК или РНК из мертвых организмов, однако, не восстанавливается ».
«Небольшие количества относительно интактных последовательностей ДНК или РНК могут сохраняться в подземных средах обитания в течение тысячелетий или иногда нескольких миллионов лет, но, возможно, не позднее. Кажется маловероятным, что мы когда-либо сможем восстановить нетронутые генные последовательности из самых ранних живых организмов Земли в глубокой биосфере ».
UT: DCO сделал несколько потрясающих открытий. Что будет дальше для DCO, и как вы думаете, что будет направлением для будущих исследований глубокой биосферы?
ML: «Период финансирования DCO через Фонд Альфреда П. Слоуна заканчивается осенью 2019 года. В октябре следующего года в Национальной академии наук в Вашингтоне, округ Колумбия, состоится большая заключительная конференция, на которой будут 10 лет существования DCO. будет отмечаться, и будущие направления для глубокой связанной с углеродом науки будут изучены ».
«Среди ученых DCO много дискуссий о способах поддержания этого разнообразного междисциплинарного сообщества геофизиков, геологов, геохимиков и микробиологов. Одним событием, которое продолжит нас объединять, является научно-исследовательская конференция Гордона на тему «Глубокая углеродная наука», которая впервые состоялась летом 2018 года и, благодаря ее огромному успеху, должна проводиться каждые два года. »
«Одним из важных направлений является важность землетрясений в поддержке глубокой биосферы. Землетрясения создают новую среду обитания для микроорганизмов, разрушая земную кору и позволяя микробам колонизировать эти трещины и получать доступ к источникам энергии, полученным из горных пород, таким как восстановленное железо. Землетрясения также перекачивают жидкости с глубокими источниками, которые богаты микробными энергетическими субстратами, такими как водород или метан, из недр необитаемой Земли в более мелкие, пригодные для обитания зоны, и, таким образом, могут распространяться глубокая жизнь в циклах подъема и спада в сейсмически активных регионах. »
UT: Что вы лично считаете самым захватывающим открытием, исходящим от DCO?
«... окно возможностей для фундаментальных научных открытий в отношении углеродного цикла Земли остается огромным». - Доктор Марк Левер, DCO.
«Для меня самым захватывающим открытием может быть то, что поток вулканического CO2 в атмосферу вдвое выше, чем считалось ранее. Этот вывод, наряду со многими другими, сделанными DCO, показывает, что существующие модели углеродного цикла, в частности, в отношении обмена углерода между поверхностным и подземным миром, все еще находятся в стадии разработки. Следовательно, окно возможностей для фундаментальных научных открытий в отношении углеродного цикла Земли остается огромным ».
- Сайт Обсерватории Глубоких Углеродов
- Сайт Центра биосферных исследований темной энергии
- Пресс-релиз DCO: Жизнь в глубокой Земле составляет от 15 до 23 миллиардов тонн углерода - в сотни раз больше, чем люди
