Bacterii străvechi aflate la aproape doi mile sub suprafața Pământului: asta a atras-o Tullis Onstott pentru a-și începe viața în cele mai improbabile locuri. Geomicrobiologul tocmai a participat la o reuniune a Departamentului de Energie din Statele Unite ale Americii din 1992 despre rocile care se estimează a avea peste 200 de milioane de ani - mai vechi decât majoritatea dinozaurilor. Aceste roci preistorice fuseseră descoperite dintr-o fântână de explorare a gazelor și s-au dovedit a fi pline de bacterii.
Continut Asemanator
- Misteriosul „conopidă” marțiană poate fi cel mai recent indiciu al vieții străine
- O căutare de decenii de lungă durată în drumul pământului poate ajunge în curând să salveze murdăria
"Pentru mine a fost destul de uimitor", spune Onstott de la Universitatea Princeton. „Ideea că aceste bacterii trăiau în aceste roci triassice de când au fost depuse într-un moment anterior vârstei dinozaurilor, această idee mi-a surprins faptura”, spune el.
Aceste roci au fost printre primele dovezi substanțiale că viața a existat la kilometri sub pământ și au pornit eforturile cercetătorilor de a studia viața în așa-numita suprafață profundă. În ultimii 20 de ani, Onstott și alții au descoperit că există o varietate mai mare de viață în locuri mult mai inhospitale decât își imaginase cineva.
Viața profundă a fost găsită peste tot în lume și în diferite condiții - în câmpurile petroliere și minele de aur, sub straturile de gheață din Groenlanda și Antarctica și în sedimentele și rocile de sub fundul oceanului. Aceste locuri pot fi medii extrem de ostile, cu presiuni de 10 până la 100 de ori mai mari decât la suprafață. Temperaturile pot varia de la aproape înghețare la peste 140 de grade Fahrenheit.
La o mile sau mai mult de sub suprafață nu există lumina soarelui și foarte puțin oxigen. În aceste medii austere, viețuitoarele trebuie să își zgâlțească viața cu orice energie pe care o pot strânge din împrejurimile lor. Aceasta înseamnă că ritmul vieții în jos poate fi uneori incredibil de lent. Acești microbi pot fi de o mie sau de milioane de ori mai puțin abundenți decât frații lor deasupra solului. Și unii pot fi în jur de sute, mii sau chiar milioane de ani - adevărate methuselahuri microscopice.
Aceste creaturi din adâncuri sunt diverse, constând din bacterii și alte organisme unicelulare numite archaea. Există chiar și animale multicelulare la mile sub suprafață, inclusiv viermi minusculi numiți nematozi.
„Ceea ce a fost surprinzător, în timp ce continuăm să explorăm acest univers profund ascuns, este că acolo este mai complex acolo decât ne-am fi putut imagina când am început să privim mostre de Triassic în anii 90”, spune Onstott.
Această complexitate a deschis o lume de posibilități pentru cercetători, de la curățarea deșeurilor toxice până la căutarea vieții extraterestre. Unele dintre aceste organisme profunde se hrănesc direct cu metale și minerale și pot afecta apele subterane prin creșterea sau scăderea nivelului de arsen, uraniu și metale toxice. Oamenii de știință speră că aceste bacterii pot fi curând adaptate pentru a captura sau elimina astfel de substanțe nocive din lucruri precum apa uzată care se scurge dintr-o mină.
Dar poate cea mai chinuitoare este ideea că condițiile adânci în subteran sunt atât de străine, încât ar putea oferi cercetătorilor indicii despre unde să găsească viața extraterestră - și cum ar putea arăta acea viață.
„Se referă direct la existența vieții sub suprafața lui Marte”, spune Onstott. "Asta chiar m-a atras în acest domeniu de la început, și este totuși un șofer pentru mine."
Între mediile extreme și raritatea relativă a organismelor, cercetătorii merg la lungimi mari - și adâncimi - pentru a studia acești microbi. Se aventurează în mine și în caverne sau folosesc exerciții pentru a extrage probe de sub siturile terestre sau de pe fundul oceanului. În unele zone poate dura câteva zile pentru a obține chiar și un singur eșantion. „A merge la capetele pământului și a găuri sau a merge în Arctic și a merge în subteran un kilometru pentru a obține o probă, nu este ușor”, spune Onstott.
Probarea adâncimilor infernale
La aproape un kilometru sub suprafața Pământului, adânc în Mina de aur Beatrix din Africa de Sud, Maggie Lau își caută viața. Este cald și umed și numai farurile încalcă întunericul, deoarece Lau, o geomicrobiologă din grupul lui Onstott de la Universitatea Princeton, colectează apa din găurile de foraj. Acestea sunt găuri găurite în stâncă de către geologi care caută buzunare cu gaz și apă înainte de operațiunile miniere. Lau umple un sortiment de flacoane cu probe de gaz și apă, care variază în volum, de la o valoare mai mică decât o linguriță la puțin peste doi picturi.
Maggie Lau colectează apa de foraj într-o fiolă aflată la mai mult de două mile sub suprafața Pământului, în mina de aur TauTona din Africa de Sud. (Francois Vermeulen (Geosciences Manager, AngloGold Ashanti Limited)) Gazul pe care Lau îl colectează poate dezvălui cât de antică este apa. „Probele pe care le studiez au în jur de 40.000 - 80.000 de ani”, spune ea. Apa s-a putut origina la suprafață și s-a aruncat prin fisuri de-a lungul a mii sau chiar milioane de ani, aducând microorganisme fie de la suprafață, fie din regiuni mai puțin adânci ale sub-suprafaței.
Spre deosebire de apă, Lau face un traseu mai rapid și mai dramatic către site-ul de cercetare. Ea coboară pe un puț de mină într-o cușcă de ridicare - care scade aproape un kilometru în mai puțin de un minut - și apoi merge un kilometru sau mai mult cu un rucsac încărcat. Unele tunele solicită cercetătorilor să se târască, să-și tragă pachetele în spatele lor sau să se lase prin apă cu genunchi sau cu coapse în secțiuni inundate. Ocazional liftul nu este disponibil după o zi grea de muncă, iar Lau și Onstott trebuie să ia treptele înapoi. „Glumim că asta era ca o scară spre cer”, spune ea.
În adâncurile iadului, unde apa poate atinge 130 de grade Fahrenheit, iar rocile în sine sunt adesea calde la atingere, nu există multă viață de găsit. Pentru a aduna cât mai multe celule vii pentru analiza ei, Lau lasă o parte din flacoanele sale pentru a filtra sute la mii de galoane de apă pe parcursul mai multor săptămâni până la câteva luni.
La aproximativ un kilometru sub suprafață, Lau poate găsi de obicei 1.000 până la 10.000 de celule în mai puțin de o linguriță de apă. S-ar putea să pară multe, dar o înțepătură de sol din curtea ta poate conține 100.000 până la un milion de ori mai multe celule. În siturile aflate la mai mult de un kilometru subteran, s-ar putea să existe doar 500 de celule per linguriță de apă. Lau estimează că ar trebui să filtreze apa continuu timp de 200 de zile pentru a obține suficient ADN și ARN pentru analiza ei.
Poate fi dificil să crești specii bacteriene în laborator fără să știi hrana specifică pe care o mănâncă sau condițiile precise în care prospera. Oamenii de știință nu au reușit decât să crească aproximativ un procent din bacteriile pe care le găsesc pe siturile lor profunde. Drept urmare, majoritatea speciilor sunt cunoscute numai din semnăturile lor moleculare unice - iar secvențierea ADN sau ARN a dezvăluit o multitudine de bacterii neidentificate anterior în eșantioanele de știință pe care le-au colectat acolo.
Acest videoclip în intervalul de timp arată cercetătorii care colectează probe în interiorul unei mine de aur din Africa de Sud. (de Gaetan Borgonie)Cel mai recent, Lau va face un pas dincolo de a afla ce trăiește acolo - vrea să știe ce fac pentru o viață. Fără lumina soarelui și a plantelor care să capteze energia soarelui prin fotosinteză, aceste bacterii vii profunde trebuie să supraviețuiască energiei din reacțiile chimice dintre roci și apă. Aceste reacții pot produce hidrogen, metan și sulfați, iar oamenii de știință au considerat că aceste trei substanțe chimice ar alimenta majoritatea bacteriilor care trăiesc în aceste medii profunde.
Spre surprinderea ei, Lau a descoperit că nu este cazul. În schimb, substanțele chimice susțin doar o minoritate a bacteriilor, care apoi produc sulf și nitrați. Bacteriile care se alimentează cu aceste substanțe chimice secundare au dominat în aceste medii.
Aceasta înseamnă că, atunci când caută viață profundă, fie pe Pământ, fie pe alte lumi, oamenii de știință ar trebui să caute o gamă mai largă de reacții metabolice. „Nu vă concentrați doar pe câteva procese majore. Ar trebui să fim mai deschiși să privim peisajul metabolic complet și complet ”, spune Lau.
„A fi capabil să văd ceea ce fac acum acolo este absolut cel mai interesant lucru, lucru pe care am dorit întotdeauna să îl facem și încercând să ne dăm seama cum să facem în ultimii 20 de ani, iar acum putem în sfârșit faceți-o ”, spune Onstott.
„Primul instantaneu al lui Lau, este ca și cum ai primi prima imagine înapoi de pe Marte sau ceva similar, este incredibil”, adaugă el.
Un veritabil grădină zoologică
Acolo unde există pradă, de obicei sunt prădători. Iar bacteriile fac o masă gustoasă pentru o mulțime de creaturi.
Când Gaetan Borgonie a auzit despre aceste bacterii profunde, s-a întrebat dacă poate găsi viermi numiți nematozi - care se hrănesc cu bacterii - în aceleași locuri subterane. Borgonie, zoolog la Extreme Life Isyensya din Gentbrugge, Belgia, lucrase la acești viermi timp de 20 de ani. El știa că nematodele pot supraviețui unei game largi de condiții la suprafață, inclusiv temperaturi extrem de calde sau reci și niveluri foarte mici de oxigen, așa că, în teorie, acestea erau bine adaptate condițiilor subterane.
Borgonie l-a chemat pe Onstott, care l-a invitat să vină să exploreze minele din Africa de Sud. Dar găsirea acestor viermi nu a fost ușoară. Deși sunt foarte abundente la suprafață, în minele Borgonie a trebuit să probeze mai mult de 2.500 de galoane de apă pentru a găsi un singur nematod. „Trebuie să-ți schimbi mentalitatea și să lași ceea ce știi de la suprafață, pentru că subteranul este o altă planetă”, spune el.
Borgonie a descoperit un număr mare de nematozi care trăiau în mine în apa de 3.000-12.000 de ani din foraje, precum și în stalactite agățate de tunelurile minei. Acestea includeau o nouă specie găsită la aproape o milă sub suprafață și o altă viermă neidentificată care trăiește mai mult de două mile în jos. Aceste animale au fost primele dovezi ale vieții multicelulare, eucariote, în această adâncime, spune Borgonie.
Spre deosebire de bacteriile unice găsite la aceste adâncimi, marea majoritate a viermilor aparținea unor specii găsite la suprafață. „Aceste animale sunt deja obișnuite să streseze, iar cele care sunt oportuniste la suprafață se descurcă foarte bine în subteran”, spune Borgonie.
Mediile profunde ar putea de fapt să ofere anumite beneficii, având în vedere condițiile stabile și lipsa prădătorilor pentru viermi. „Pentru ei este ca o vacanță”, spune Borgonie.
Săgețile albe indică bacteriile găsite în biofilme în apa de foraj din mina de aur Kopanang din Africa de Sud. (Gaetan Borgonie) Convins că trebuie să existe mai multe astfel de creaturi care trăiesc în mine, Borgonie și-a lăsat timp de doi ani echipamentul de prelevare de probe din mina de aur Driefontein din Africa de Sud pentru a filtra peste trei milioane de galoane de apă - suficient pentru a umple aproape cinci piscine de dimensiuni olimpice.
„Atunci am găsit întreaga grădină zoologică”, spune Borgonie. El a identificat mai multe alte organisme multicelulare, inclusiv viermi plate și viermi segmentați, precum și ceea ce părea a fi un crustaceu. Aproape toate aceste specii au supraviețuit consumând bacterii.
Descoperirea acestor organisme este încurajatoare pentru oamenii de știință care caută viață extraterestră, spune Borgonie. „Cred că este foarte bine că găsim un ecosistem atât de imens sub pământ”, spune el. „Dacă putem dovedi că pot supraviețui la nesfârșit în subteran, atunci ar putea fi o veste foarte bună pentru oamenii care își caută viața pe Marte.”
„Mi-ar plăcea foarte mult [să fac] această lucrare pe planeta Marte”, spune el. „De aceea spun mereu, dacă îmi dau vreodată un bilet dus-întors către Marte, am plecat.”
Adâncimea străină
Este posibil ca Borgonie să nu aibă biletul încă, dar viitoarele misiuni de explorare spațială ne-ar putea oferi o idee mai bună dacă alte părți ale sistemului solar ar putea susține viața.
„Unul dintre lucrurile care le-a oferit oamenilor un sentiment de optimism în ceea ce privește astrobiologia este constatarea că există organisme care pot persista în ceea ce am considera condiții extrem de extreme”, spune Tori Hoehler, astrobiolog la NASA Ames Research Center. Hoehler este membru al echipei NASA Astrobiology Institute de la Rock-Powered Life, care studiază modul în care reacțiile dintre diferite tipuri de roci și apă pot genera suficientă energie pentru a susține viața.
„Unul dintre cele mai răspândite habitate care este disponibil acolo este cel definit de rocă și apă”, spune Hoehler. Vă puteți imagina acviferele care stau adânc sub suprafața lui Marte sau oceanele care se strecoară deasupra crustei stâncoase a lunii Europa a lui Jupiter sau a lunii lui Saturn Enceladus, spune el.
Misiunea Europa Multipla Flyby a NASA, care va fi lansată în următorii cinci-zece ani, le va oferi oamenilor de știință o idee mai bună dacă luna de gheață a lui Jupiter are medii care ar putea susține viața. În ceea ce privește Marte, cercetătorii au plecat de la întrebarea dacă pot găsi medii locuibile la căutarea efectivă a dovezilor despre viața în sine, spune Hoehler.
Chiar dacă în prezent condițiile de pe suprafața marțiană sunt extrem de inospitale vieții, planeta pare să fi avut o atmosferă și apă de suprafață la un moment dat în trecut. Dacă viața ar fi evoluat atunci, s-ar fi putut răspândi în suburfața marțiană, unde mediul a rămas stabil, chiar dacă suprafața a devenit ostilă. Este posibil ca viața să persiste încă adânc în subteran, așteptând să o săpăm.
Reprezentarea unui artist din ExoMars Rover a ESA, care va purta un burghiu conceput pentru a depista până la 6, 5 metri sub suprafața marțiană. (ESA) Nu va trebui să așteptăm prea mult pentru a obține prima noastră privire pe suprafața marțiană. Misiunea ExoMars din Agenția Spațială Europeană din 2018 va găuri aproximativ șase metri sub suprafața marțiană pentru a căuta semne de viață. Este posibil să nu fie suficient de adânc pentru a găsi organisme vii, dar ar trebui să fie suficient de departe sub suprafața pe care am putea găsi dovezi ale vieții.
La mai bine de 20 de ani de când bacteriile antice i-au dat prima oară în viața profundă a Pământului, Onstott abia așteaptă să vadă ce găsim pe Marte, mai ales odată ce oamenii de știință pot săpa ceva mai adânc.
„Dacă există un loc dulce pe Marte, undeva unde ai doar echilibrul corect de temperatură și apă, atunci pot exista organisme care supraviețuiesc în aceste condiții.”
Aflați mai multe despre această cercetare și multe altele la Deep Carbon Observatory.
