Smack midt i Atlanterhavet, oven på et undervandsbjerge, der stiger over 10.000 fod over havbunden, sidder Lost City. Hundreder af hvide spir trænger ud i det mørke hav, der spænder over en byblok og tårner mellem 30 og 200 meter høje. Varme alkaliske væsker fyldt med brintgas spydes fra toppen af disse naturlige tårne ned i vandet lige øst for Mid-Atlantic Ridge.
Det, der ligner en længe-forladt storby, rummer faktisk mikroskopisk liv. Billionerne af mikrobielle beboere i Lost City, der ligger på toppen af Atlantis-massivet, er blevet en fascination for forskere. Disse mikrober, der trives i et hydrotermisk udluftningsfelt dybt i Atlanterhavet, holder hemmeligheden bag livets overlevelse i sådanne fjendtlige miljøer - og de kan endda give ledetråde om livets oprindelse på Jorden.
I morgen den 8. september rejser en gruppe af 22 forskere, mikrobiologer, geologer og oceanografer for Lost City for første gang i år. Denne gruppe forskere ønsker at vide, hvordan mikroberne i Lost City lever deres liv, hvad de spiser og indånder, og hvordan de overlever i de ekstreme temperaturer og pres i det dybe hav.
”Vi vil gerne vide, hvordan de bor der, ” siger teamledermester William Brazelton, en mikrobiolog ved University of Utah.
Lost City blev opdaget i 2000 og er et af kun få kendte steder som det på kloden. I modsætning til mere almindelige typer af hydrotermiske ventilationsåbninger, såsom sorte rygere og methansævning, er Lost City ikke brændstof op af vulkansk aktivitet. Snarere skabes ventilationshullerne, når havvand støder på sten fra jordens mantel, hvilket skaber gas og energi i en proces, der kaldes serpentinisering. Kalkrige vand fra disse udluftninger reagerer derefter med kulstof i havvandet for at danne Lost Citys ikoniske carbonat skorstene.
Carbonat-skorstene fra Lost City blev afbildet under en ekspedition i 2005 til det hydrotermiske udluftningssystem. (D. Kelley / M. Elend / UW / URI-IAO / NOAA / The Lost City Science Team) Brintgas, der spyr fra skorstene, giver en rigelig energikilde for mikroberne, der bor i Lost City. ”Det er det tætteste ved en gratis frokost, som universet leverer, ” siger Brazelton. Skorstene frigiver også metan, et organisk molekyle, der er en rig energikilde for mange livstyper.
Mens energi er rigeligt, er det endnu ikke klart, hvor mikrober i dette dybhavsøkosystem får deres kulstof eller næringsstoffer. Ifølge teamlederstab Susan Lang, en geokemiker ved University of South Carolina, er løsning af dette mysterium en af de primære missioner for ekspeditionen.
”Et af de spørgsmål, vi forsøger at tage os efter, er, hvad er disse mikrober, der svirrer efter?” Siger hun. ”Livet er altid på udkig efter noget.”
I løbet af den tre ugers ekspedition vil forskere ombord på US Navy-forskningsskibet (R / V) Atlantis sende et fjernbetjent køretøj (ROV), kaldet Jason, ned omkring 2.600 meter ind i Lost City for at samle prøver. ”Jason ligner en SUV med en stor hale der kommer ud af ryggen, ” siger Beth Orcutt, en mikrobiolog ved Bigelow Laboratory for Ocean Sciences, der er involveret i ekspeditionen, men ikke går selv. ”Forskerne bruger Jason som deres øjne og arme på havbunden.”
Jason vil opsamle sediment fra havbunden og udtrække små prøver af Lost City-skorstene, men mest vil Jason samle vand. Ekspeditionsvidenskaberne planlægger at samle vand, der strømmer ud af skorstene for at fange mikrober, der lever dybt inde i Atlantis-massivet. Forskerne antager, at mikrober i bjerget introducerer kulstof og næringsstoffer til økosystemet, hvilket muliggør mikrobielt liv på overfladen af skorstene.
”Det viser, at jorden er et stærkt forbundet system, ” siger Lang. "Selv virkelig underlige organismer, der lever ved undergrunden, muliggør liv på overfladen."
ROV Jason, som vil udforske Lost City og tage prøver denne måned. (Tom Kleindinst / Woods Hole Oceanographic Institution) At bestemme, hvordan mikrober overlever i bjerget, hvor uvurderlige forhold omgiver serpentiniseringsprocessen, kan også give et glimt af mulig liv på andre planeter. Fordi ingredienserne er relativt enkle (klippe og havvand), og miljøet er iltfrit, kan mikrober i Atlantis være et vindue til udenjordiske livsformer.
"Dette er et eksempel på en type økosystem, der kunne være aktiv på Enceladus eller Europa lige nu, " sagde Brazelton og henviste til vandige måner fra Saturn og Jupiter, "og måske Mars i fortiden."
ROV Jason samler omkring 30 liter havvand hver dag. Noget af det indsamlede vand vil blive opbevaret i frysere til fremtidig forskning, mens nogle vil blive analyseret på stedet for at måle kemisk sammensætning såvel som mikrobe- og viruspopulationer. I de næste år vil genetisk testning af havvandsprøverne belyse, hvilke slags mikrober der lever i dette ekstreme miljø, og hvordan de formår at overleve.
Der er også videnskabsmænd, der tror, at Lost City, eller et sted som det, kan være, hvor livet startede på Jorden. ”Det er et godt system, hvor det tidlige liv kan have udviklet sig, ” sagde Lang. Små porer i væggene i Lost City-skorstene, kombineret med grundlæggende (i modsætning til surt) havvand og en ubegrænset energikilde i brintgas, kunne give Goldilocks-betingelser, der er nødvendige for spontant liv.
"Geokemien og geologien i Lost City ser ud til at komme sammen på en måde, der ville løse det energiske kylling-og-æg-problem med livets oprindelse, " sagde Jeffrey Marlow, en mikrobiolog ved Harvard University, som ikke er involveret i ekspeditionen. Problemet med "kylling-og-æg" refererer til det faktum, at en celle har brug for energi til at skabe biomolekyler, og der er behov for biomolekyler for at udnytte energi.
Marlow mener, det er sandsynligt, at vandet med høj pH, der hvirvler ind i skorstenens porer i Lost City, kunne skabe gunstige betingelser for, at livet kan begynde. Brintgas og andre molekyler, der blandes sammen i porerne, kan skabe en formarkør til en celle, kendt som en protocelle.
Et scanningselektronmikroskopbillede afslører de uklare biofilmer lavet af mikrober på og inden for Lost City-skorstene. (Med tilladelse fra Tomaso Bontognali, Susan Lang og Gretchen Früh-Green) Andre steder som Lost City findes i det dybe hav, men det har vist sig vanskeligt at finde. Fordi biprodukter fra serpentinisering er relativt dagligdags - for det meste brint og metan - har steder som Lost City ikke stærke biosignaturer som andre hydrotermiske udluftningssystemer, såsom sorte rygere, der tuter svovlgas. ”Vi vil påpege, at websteder som Lost City er temmelig udbredte, vi ved bare ikke, hvor de er, ” siger Lang. ”Lige nu ville vi sige, at Lost City er unik, men det er sandsynligvis ikke alene.”
At finde en anden mistet by virker snart usandsynlig i betragtning af, at det meste af havet aldrig er blevet udforsket af mennesker. ”Vi har kun set en lille brøkdel af havbunden, ” siger Marlow. ”Der er så meget mere derude, der skal opdages.” Ifølge United States National Ocean Service er mindre end 20 procent af havet blevet kortlagt eller observeret af mennesker.
Det dybe hav er lige så stor en grænse for forskere som dybe rum. Forskere er lige begyndt at forstå, hvordan forskellige liv fungerer i ekstreme økosystemer nær havbunden, og forskere er ikke de eneste, der kigger mod dybhavet. Minerale ressourcer, som nikkel, kobolt, sølv og guld, har vakt interesse for mineselskaber, der i stigende grad investerer i fremtidig dybhavsudnyttelse.
”Da jeg var studerende, der lærte om dybhavet, var tanken om, at der er mineraler på havbunden, som industrier måske ønsker at udnytte, en sci-fi-idé, fordi det overhovedet ikke var økonomisk bæredygtigt, ” sagde Orcutt. Men nu er de krævede teknologier her, og Den internationale havbundsmyndighed (De Forenede Nationers agentur, der giver tilladelse til minedrift i internationale farvande) giver hvert år tilladelser til efterforskning af minedrift. En sådan tilladelse, der blev udstedt i august 2017, gav Polen retten til at udnytte havbunden, hvor Lost City ligger.
En "bikube" struktur i Lost City. (Med tilladelse fra Deborah Kelley, University of Washington) Nogle havforskere siger, at minedrift af havbunden, inden vi forstår dens grundlæggende biologi, kan være en opskrift på katastrofe. "Ligesom med enhver grænse er det temmelig let at påvirke ændringer uden engang at vide, hvad der er, eller hvad sårbarhederne er, " siger Lisa Levin, en dybhavsbiolog og medstifter af Deep Ocean Stewardship Initiative, der sigter mod at bringe forskere, økonomer, politikeksperter og erhvervsrepræsentanter sammen om spørgsmål om udnyttelse af dybhavet Levin fortæller, at da Polen modtog rettighederne til at mines området omkring Lost City, hævede det et rødt flag for dybhavsmikrobiologer. ”Det var en katalytisk begivenhed.”
Mange dybhavsforskere opfordrer nu til at bevare Lost City og steder som den, og fremhæver den globale betydning af dybhavsmikrobiologi, som bidrager til næringscyklusser, klimaforebyggelse og genetisk mangfoldighed. ”Vi vil henlede opmærksomheden på den usynlige brøkdel af livet, ” siger Orcutt, der har arrangeret videnskabelige møder om indvirkningen af dybhavsminedrift på mikrobiel aktivitet. „Havbunden har værdi. Hver gang forskere går på bunden af havet, opdages nye arter. Der er så meget af havet, vi ikke kender til. ”
Denne måneds ekspedition til Lost City vil hjælpe os med at lære lidt mere om de mystiske verdener nedenfor.
