Bakteria kuno dari hampir dua batu di bawah permukaan bumi: itulah yang pertama kali menarik Tullis Onstott untuk memulakan pencariannya untuk kehidupan di tempat yang paling tidak mungkin. Ahli geomikrobiologi baru saja menghadiri mesyuarat Jabatan Tenaga AS 1992 tentang batu-batu yang dianggarkan lebih daripada 200 juta tahun lebih tua daripada kebanyakan dinosaur. Batu-batu prasejarah ini telah digali dari telaga eksplorasi gas, dan mereka ternyata penuh dengan bakteria.
Kandungan Terkait
- Martian yang misterius "Kembang Kolar" Mungkin Petunjuk Alien Terkini
- Quest Sepuluh Tahun Panjang untuk Mengebom Ke Mantle Bumi Mungkin Tidak Lama Lagi Hit Dirt Pay
"Itu sangat mengagumkan kepada saya, " kata Onstott di Princeton University. "Idea bahawa bakteria ini telah hidup di batu-batu Triassic ini sejak mereka didepositkan sebelum usia dinosaur, idea itu menarik perhatian saya, " katanya.
Batu-batu ini adalah antara bukti yang pertama bahawa hidup ada batu di bawah tanah, dan mereka memulakan usaha para penyelidik untuk mengkaji kehidupan di bawah permukaan yang dipanggil jauh. Sejak 20 tahun yang lalu, Onstott dan lain-lain telah mendapati bahawa terdapat lebih banyak kehidupan di tempat yang lebih tidak menyenangkan daripada yang dibayangkan.
Kehidupan yang mendalam telah ditemui di seluruh dunia dan di bawah pelbagai keadaan di medan minyak dan lombong emas, di bawah helaian ais di Greenland dan Antartika dan di sedimen dan batuan di bawah dasar lautan. Tempat ini boleh menjadi persekitaran yang sangat bermusuhan, dengan tekanan 10 hingga 100 kali di permukaan. Suhu boleh berkisar dari pembekuan berhampiran ke lebih daripada 140 darjah Fahrenheit.
Satu batu atau lebih di bawah permukaan tidak ada cahaya matahari dan oksigen yang sangat kecil. Dalam persekitaran yang sukar ini, makhluk-makhluk perlu mencabut nyawa apa sahaja tenaga yang mereka dapat dari persekitaran mereka. Ini bermakna bahawa kadar kehidupan di sana kadang-kadang sangat perlahan. Mikrob ini boleh menjadi seribu atau sejuta kali kurang banyak daripada saudara-saudara mereka di atas tanah. Dan sesetengah mungkin ada sekitar ratusan, ribuan atau bahkan berjuta-juta tahun-Methuselahs mikroskopik sebenar.
Makhluk-makhluk yang dalam ini beragam, terdiri daripada bakteria dan organisma bersel tunggal yang dipanggil arkea. Terdapat juga haiwan berbilang mil di bawah permukaan, termasuk cacing kecil yang dipanggil nematoda.
"Apa yang mengejutkan kerana kita terus meneroka alam semesta tersembunyi yang mendalam ini, adalah lebih kompleks di sana daripada yang mungkin kita bayangkan ketika kita mula melihat sampel Triassic pada tahun 90-an, " kata Onstott.
Kerumitan itu telah membuka dunia kemungkinan para penyelidik, dari membersihkan sisa toksik untuk mencari kehidupan luar angkasa. Beberapa organisma yang mendalam ini memberi makan secara langsung ke atas logam dan mineral, dan boleh menjejaskan air bawah tanah dengan meningkatkan atau menurunkan kadar arsenik, uranium dan logam toksik. Para saintis berharap bakteria ini tidak lama lagi dapat disesuaikan dengan perangkap atau mengeluarkan bahan berbahaya seperti benda-benda seperti air buangan yang bocor dari lombong.
Tetapi mungkin yang paling menggembirakan adalah idea bahawa keadaan di bawah tanah adalah begitu asing sehingga mereka dapat memberi petunjuk para penyelidik tentang tempat untuk mencari kehidupan luar angkasa-dan apa yang kelihatan seperti itu.
"Ia secara langsung berkaitan sama ada kehidupan boleh wujud di bawah permukaan Marikh, " kata Onstott. "Itulah yang menarik saya ke dalam bidang ini dari perjalanan, dan masih menjadi pemandu untuk saya."
Di antara persekitaran yang melampau dan kekurangan organisme relatif, para penyelidik berusaha dengan panjang dan mendalam untuk mengkaji mikroba ini. Mereka menceburkan diri ke dalam lombong dan gua atau menggunakan latihan untuk mengambil sampel dari bawah tapak darat atau dasar lautan. Di sesetengah kawasan, ia boleh mengambil beberapa hari untuk mendapatkan satu sampel sahaja. "Pergi ke hujung bumi dan penggerudian, atau pergi ke Arktik dan pergi ke bawah tanah satu mil untuk mendapatkan sampel, ia tidak mudah, " kata Onstott.
Mengawal Kedalaman Hellish
Hampir satu batu di bawah permukaan bumi, jauh di dalam Lombong Emas Afrika Selatan, Maggie Lau mencari kehidupan. Ia panas dan lembap, dan hanya lampu depan yang melanggar kegelapan sebagai Lau, ahli geomikrobiologi dalam kumpulan Onstott di Princeton University, mengumpul air dari lubang bor. Ini adalah lubang yang dibor ke dalam batu oleh ahli geologi yang mencari gas dan kantung air sebelum operasi perlombongan. Lau mengisi pelbagai botol dengan sampel gas dan air yang berkisar dari kurang daripada harga sudu kepada lebih dua liter.
Maggie Lau mengumpul air borehole dalam botol lebih daripada dua batu di bawah permukaan Bumi di lombong emas TauTona Afrika Selatan. (Francois Vermeulen (Pengurus Geosains, AngloGold Ashanti Limited)) Gas yang dikumpulkan Lau dapat menunjukkan betapa purba air itu. "Sampel yang saya pelajari adalah sekitar 40, 000 hingga 80, 000 tahun, " katanya. Air mungkin berasal dari permukaan dan menimbulkan keretakan selama ribuan atau bahkan berjuta-juta tahun, membawa mikroorganisma sama ada dari permukaan atau dari kawasan yang lebih rendah dari permukaan bawah dengannya.
Tidak seperti air, Lau mengambil laluan yang lebih cepat dan lebih dramatik ke tapak penyelidikan. Dia mengetuai batang lombong di dalam lift-yang jatuh hampir satu batu dalam masa kurang dari satu minit-dan kemudian berjalan satu batu atau lebih dengan ransel yang dimuatkan. Sesetengah terowong memerlukan para penyelidik untuk merangkak, mengheret bungkusan mereka di belakang mereka, atau melalui air lutut atau paha yang tinggi di bahagian banjir. Kadang-kadang lift-cage tidak tersedia selepas kerja keras hari, dan Lau dan Onstott perlu menaiki tangga. "Kami sedang bergurau bahawa ini seperti tangga ke syurga, " katanya.
Dalam kedalaman neraka, di mana air boleh mencapai 130 darjah Fahrenheit dan batu-batu sendiri sering hangat ke sentuhan, tidak ada banyak nyawa yang dapat dijumpai. Untuk mengumpul seberapa banyak sel hidup yang mungkin untuk analisisnya, Lau meninggalkan beberapa botolnya untuk menapis beratus-ratus hingga ribuan gelen air selama beberapa minggu hingga beberapa bulan.
Sekitar satu batu di bawah permukaan, Lau biasanya boleh menemui 1, 000 hingga 10, 000 sel dalam kurang daripada satu sendok teh air. Itu mungkin kelihatan seperti banyak, tetapi sekeping tanah dari halaman belakang anda boleh mengandungi 100, 000 hingga sejuta kali sel yang banyak. Di tapak lebih daripada satu batu di bawah tanah, terdapat hanya 500 sel satu sudu teh air. Lau menganggarkan bahawa dia perlu menapis air secara berterusan selama 200 hari untuk mendapatkan DNA dan RNA yang cukup untuk analisisnya.
Ia boleh menjadi sukar untuk membiakkan spesies bakteria di makmal tanpa mengetahui makanan khusus yang mereka makan atau keadaan yang tepat di mana mereka berkembang. Para saintis hanya dapat menumbuhkan kira-kira satu peratus daripada bakteria yang mereka dapati di laman web mereka yang dalam. Akibatnya, kebanyakan spesies hanya diketahui dari tandatangan molekulnya yang unik - dan urutan DNA atau RNA telah menunjukkan sejumlah besar bakteria yang belum dikenal pasti dalam sampel yang telah dikumpulkan oleh saintis di sana.
Video lapan kali ini menunjukkan penyelidik mengumpul sampel di dalam lombong emas Afrika Selatan. (oleh Gaetan Borgonie)Baru-baru ini, Lau akan melangkah keluar mencari tahu apa yang hidup di sana-dia ingin tahu apa yang mereka lakukan untuk hidup. Tanpa sinar matahari dan tumbuh-tumbuhan untuk memerangkap tenaga matahari melalui fotosintesis, bakteria dalam hidup ini harus bertahan hidup dengan tenaga dari reaksi kimia antara batuan dan air. Reaksi-reaksi ini boleh menghasilkan hidrogen, metana dan sulfat, dan saintis berpendapat bahawa ketiga-tiga bahan kimia ini akan memicu sebahagian besar bakteria yang hidup di dalam persekitaran yang dalam ini.
Untuk mengejutkannya, Lau mendapati bahawa ini tidak berlaku. Sebaliknya, bahan kimia hanya mengekalkan sedikit bakteria, yang kemudian menghasilkan sulfur dan nitrat. Bakteria yang memakan bahan kimia sekunder ini dikuasai dalam persekitaran ini.
Ini bermakna apabila mencari kehidupan yang mendalam sama ada di Bumi atau di dunia lain, saintis perlu mencari reaksi metabolik yang lebih luas. "Jangan hanya fokus pada beberapa proses utama. Kita harus lebih berfikiran terbuka untuk melihat landskap metabolik yang lengkap dan lengkap, "kata Lau.
"Mampu melihat apa yang mereka semua lakukan di sana sekarang benar-benar perkara yang paling menarik, sesuatu yang selalu kita mahu lakukan dan cuba mencari tahu bagaimana untuk dilakukan selama 20 tahun yang lalu, dan sekarang kita boleh akhirnya melakukannya, "kata Onstott.
"Gambar pertama [Lau], ia seperti mendapatkan imej pertama dari Mars atau sesuatu, itu luar biasa, " tambahnya.
Kebun binatang Veritable
Di mana terdapat mangsa, biasanya ada pemangsa. Dan bakteria membuat makanan yang lazat untuk banyak makhluk.
Apabila Gaetan Borgonie mendengar tentang bakteria yang dalam ini, dia tertanya-tanya apakah dia dapat mencari cacing yang dipanggil nematoda-yang memakan bakteria-di tempat-tempat di bawah tanah yang sama. Borgonie, ahli zoologi di Extreme Life Isyensya di Gentbrugge, Belgium, telah bekerja pada cacing ini selama 20 tahun. Dia tahu bahawa nematoda dapat bertahan dalam pelbagai keadaan di permukaan, termasuk suhu yang sangat panas atau sejuk dan tahap oksigen yang sangat rendah, jadi secara teori, mereka sangat sesuai dengan kondisi di bawah tanah.
Borgonie memanggil Onstott, yang menjemputnya untuk meneroka lombong di Afrika Selatan. Tetapi mencari cacing ini tidak mudah. Walaupun mereka sangat banyak di permukaan, di lombong Borgonie terpaksa mencontohi lebih daripada 2, 500 gelen air untuk mencari satu nematod tunggal. "Anda benar-benar perlu menukar minda anda dan meninggalkan apa yang anda tahu dari permukaan, kerana di bawah tanah adalah planet yang berbeza, " katanya.
Borgonie menemui sebilangan besar nematoda yang tinggal di lombong dalam air 3, 000 hingga 12, 000 tahun dari lubang-lubang, dan juga di stalaktit yang tergantung dari terowong tambang. Ini termasuk satu spesies baru yang dijumpai hampir satu batu di bawah permukaan, dan satu lagi cacing yang tidak dikenali yang hidup lebih dari dua batu ke bawah. Haiwan-haiwan ini adalah bukti pertama kehidupan multikelular, eukaryotik yang mendalam, kata Borgonie.
Tidak seperti bakteria yang unik yang terdapat pada kedalaman ini, sebahagian besar cacing adalah spesies yang terdapat di permukaan. "Haiwan ini sudah digunakan untuk tekanan, dan mereka yang oportunis di permukaan sangat baik di bawah tanah, " kata Borgonie.
Persekitaran yang mendalam mungkin sebenarnya menawarkan beberapa manfaat, memandangkan keadaan yang stabil dan kekurangan pemangsa untuk cacing. "Bagi mereka ia seperti percutian, " kata Borgonie.
Anak panah putih menunjuk kepada bakteria yang terdapat dalam biofilm di dalam air lubang dari lombong emas Kopanang Afrika Selatan. (Gaetan Borgonie) Yakin bahawa makhluk-makhluk seperti makhluk hidup yang ada di dalam lombong itu, Borgonie meninggalkan alat pengambilannya di lombong emas Dakala Dene di Afrika Selatan selama dua tahun untuk menapis lebih daripada tiga juta gelen air-cukup untuk mengisi hampir lima kolam renang berukuran Olimpik.
"Ketika itu kami mendapati seluruh zoo, " kata Borgonie. Dia mengenal pasti beberapa organisma multiselular lain, termasuk cacing rata dan cacing yang tersegmentasi, serta apa yang kelihatan sebagai krustasea. Hampir semua spesies ini terselamat dengan makan bakteria.
Penemuan organisme ini menggalakkan para saintis mencari kehidupan luar angkasa, kata Borgonie. "Saya fikir ia sangat baik untuk kita dapati terdapat ekosistem yang besar di bawah tanah, " katanya. "Sekiranya kita dapat membuktikan bahawa mereka dapat bertahan di bawah tanah selama-lamanya, maka ini mungkin berita yang sangat baik untuk orang yang mencari kehidupan di Marikh."
"Saya benar-benar suka [melakukan] kerja ini di planet Marikh, " katanya. "Itulah sebabnya saya selalu katakan, jika mereka pernah memberikan tiket satu arah ke Mars, saya pergi."
The Alien Deep
Borgonie mungkin tidak mempunyai tiketnya lagi, tetapi misi penjelajahan ruang angkasa yang akan datang dapat memberi kita idea yang lebih baik sama ada bahagian lain sistem suria dapat menyokong kehidupan.
"Salah satu perkara yang memberi orang optimisme di mana astrobiologi adalah penemuan bahawa ada organisma yang dapat bertahan dalam apa yang kita akan mempertimbangkan keadaan yang sangat ekstrim, " kata Tori Hoehler, ahli astrobiologi di Pusat Penyelidikan NASA Ames. Hoehler adalah ahli pasukan Kehidupan Rock-Powered Institute of Astrobiology NASA, yang mengkaji bagaimana reaksi antara pelbagai jenis batu dan air dapat menghasilkan tenaga yang cukup untuk menyokong kehidupan.
"Salah satu habitat yang paling lazim yang terdapat di sana ialah yang ditentukan oleh batu dan air, " kata Hoehler. Anda boleh membayangkan akuifer yang mendalam di bawah permukaan Marikh atau lautan yang melambai di atas kerak berbatu bulan bulan Jupiter Europa atau bulan Saturnus Enceladus, katanya.
Misi Pelbagai Flyby Europa NASA, yang dijangka akan dilancarkan dalam tempoh lima hingga sepuluh tahun akan datang, akan memberikan para saintis idea yang lebih baik sama ada bulan Tepi Yupiter mempunyai sebarang persekitaran yang dapat menyokong kehidupan. Bagi Marikh, penyelidik telah pergi dari bertanya sama ada mereka boleh mencari persekitaran yang boleh dihuni untuk benar-benar mencari bukti kehidupan itu sendiri, kata Hoehler.
Walaupun keadaan di permukaan Marikh pada masa ini sangat tidak ramah kepada kehidupan, planet ini kelihatannya mempunyai suasana dan air permukaan pada suatu masa dahulu. Jika kehidupan telah berkembang kemudian, ia boleh merebak ke bawah permukaan Mars, di mana persekitaran kekal stabil walaupun permukaan menjadi bermusuhan. Ada kemungkinan hidup masih berterusan di bawah tanah, menunggu kita menggali ia.
Penyajian seniman ExoMars Rover ESA, yang akan membawa gerudi yang dirancang untuk mencuba hingga 6.5 kaki di bawah permukaan Mars. (ESA) Kami tidak perlu menunggu terlalu lama untuk mengintip pertama kami di bawah permukaan Martian. Misi 2018 ExoMars Agensi Angkasa Eropah akan mengebom kira-kira enam kaki di bawah permukaan Mars untuk mencari tanda-tanda kehidupan. Itu mungkin tidak cukup dalam untuk mencari organisma hidup, tetapi ia harus cukup jauh di bawah permukaan yang kita dapat mencari bukti kehidupan.
Lebih dari 20 tahun sejak bakteria kuno pertama kali memberi dia gambaran ke dalam kehidupan yang mendalam di bumi, Onstott tidak sabar untuk melihat apa yang kami dapati di Marikh, terutama sekali saintis boleh menggali lebih mendalam.
"Jika ada tempat yang manis di Marikh, tempat di mana anda mendapat keseimbangan suhu dan air yang betul, maka mungkin terdapat organisma yang masih hidup di bawah keadaan itu."
Ketahui mengenai penyelidikan ini dan banyak lagi di Balai Cerap Deep Carbon.
