Gamle bakterier fra næsten to miles under Jordoverfladen: det var det, der først trak Tullis Onstott til at begynde sin søgen efter livet på de mest usandsynlige steder. Geomikrobiologen havde netop deltaget i et amerikansk energiministeriemøde i 1992 om klipper, der skønnes at være mere end 200 millioner år gamle - ældre end de fleste dinosaurier. Disse forhistoriske klipper var blevet fundet ud af en gasudforskningsbrønd, og de viste sig at vrimle af bakterier.
Relateret indhold
- Mystisk Martian "blomkål" kan være den seneste antydning af fremmede liv
- En årtier lang søgen for at bore i jordens kappe kan snart ramme lønnings snavs
”Det var temmelig forbløffende for mig, ” siger Princeton University's Onstott. ”Ideen om, at disse bakterier havde boet i disse triasiske klipper, siden de blev deponeret på et tidspunkt før dinosaurernes alder, fangede denne idé, ” siger han.
Disse klipper var blandt de første store beviser for, at der eksisterede liv miles under jorden, og de sprang forskernes bestræbelser på at studere livet i den såkaldte dybe undergrund. I løbet af de sidste 20 år har Onstott og andre fundet, at der er en større variation i livet på meget mere uvurderlige steder, end nogen havde forestillet sig.
Der er fundet dybt liv over hele verden og under forskellige betingelser - i oliefelter og guldminer, under isark i Grønland og Antarktis og i sedimenter og klipper under havbunden. Disse steder kan være ekstremt fjendtlige miljøer med et tryk på 10 til 100 gange det på overfladen. Temperaturerne kan variere fra nær frysning til mere end 140 grader Fahrenheit.
En kilometer eller mere under overfladen er der ikke sollys og meget lidt ilt. I disse stramme miljøer er skabninger nødt til at skrabe leve af den energi, de kan samle fra deres omgivelser. Dette betyder, at tempoet i livet der nede nogle gange kan være utroligt langsomt. Disse mikrober kan være tusindvis eller millioner gange mindre rigelige end deres brødre over jorden. Og nogle kan have været i hundreder, tusinder eller endda millioner af år - ægte mikroskopiske Methuselahs.
Disse dybe væsener er forskellige og består af bakterier og andre encellede organismer kaldet archaea. Der er endda flercellede dyr mil under overfladen, herunder små orme kaldet nematoder.
”Det, der har været overraskende, da vi fortsætter med at udforske dette dybe skjulte univers, er, at det er mere komplekst dernede, end vi kunne have forestillet os, da vi begyndte at se på triassiske prøver tilbage i 90'erne, ” siger Onstott.
Denne kompleksitet har åbnet op for en verden af muligheder for forskere, lige fra oprydning af giftigt affald til søgen efter udenjordisk liv. Nogle af disse dybe organismer lever direkte af metaller og mineraler og kan påvirke grundvandet ved at øge eller reducere niveauer af arsen, uran og giftige metaller. Forskere håber, at disse bakterier snart kan tilpasses til at fange eller fjerne sådanne skadelige stoffer fra ting som spildevandet, der lækker fra en mine.
Men måske mest fristende er tanken om, at forholdene dybt under jorden er så fremmede, at de muligvis kan give forskere spor om, hvor de kan finde udenjordisk liv - og hvordan det liv kan se ud.
”Det vedrører direkte, om der kunne være liv under Mars 'overflade, ” siger Onstott. ”Det er virkelig det, der trak mig ind i dette felt fra get-go, og er stadig en driver for mig.”
Mellem de ekstreme miljøer og den relative mangel på organismer går forskere i store længder - og dybder - for at studere disse mikrober. De vove sig ind i miner og huler eller bruger bor til at udvinde prøver fra underjordiske steder eller havbunden. I nogle områder kan det tage flere dage at få endda en enkelt prøve. ”At gå til jordens ender og bore eller gå til Arktis og gå under en kilometer under jord for at få en prøve, det er ikke let, ” siger Onstott.
Undersøgelse de helvede dybder
Næsten en kilometer under Jordoverfladen, dybt inde i Sydafrikas Beatrix-guldgruve, ser Maggie Lau på livet. Det er varmt og fugtigt, og kun forlygter bryder mørket, da Lau, en geomikrobiolog i Onstotts gruppe ved Princeton University, opsamler vand fra borehuller. Dette er huller, der er boret i klippen af geologer, der leder efter gas- og vandlommer før minedrift. Lau fylder et udvalg af hætteglas med gas- og vandprøver, der spænder i volumen fra mindre end en teskefuld værd til lidt over to pints.
Maggie Lau opsamler borehulsvand i et hætteglas mere end to miles under jordoverfladen i Sydafrikas TauTona guldgruve. (Francois Vermeulen (Geosciences Manager, AngloGold Ashanti Limited)) Den gas, Lau opsamler, kan afsløre, hvor gammelt vandet er. ”De prøver, jeg studerer, er omkring 40.000 til 80.000 år gamle, ” siger hun. Vandet kan have sin oprindelse på overfladen og snublet ned gennem revner i tusinder eller endda millioner af år, hvilket bragte mikroorganismer enten fra overfladen eller fra lavere områder af undergrunden ned med det.
I modsætning til vandet kører Lau en hurtigere og mere dramatisk rute til forskningsstedet. Hun går ned ad en mineskaft i et løftebur - som falder næsten en kilometer på mindre end et minut - og går derefter en kilometer eller mere med en indlæst rygsæk. Nogle tunneler kræver forskere at kravle, trække deres pakker bag sig eller vade gennem knæ- eller lårhøjt vand i oversvømmede sektioner. Lejlighedsburen er lejlighedsvis ikke tilgængelig efter en hård dags arbejde, og Lau og Onstott er nødt til at tage trappen op igen. ”Vi spøgede med, at dette var som en trappe til himlen, ” siger hun.
I de helvede dybder, hvor vandet kan nå 130 grader Fahrenheit og klipperne i sig selv er ofte varme at røre ved, er der ikke meget liv at finde. For at samle så mange levende celler som muligt til hendes analyse forlader Lau nogle af hendes hætteglas for at filtrere hundreder til tusinder af liter vand over flere uger til et par måneder.
Cirka en kilometer under overfladen kan Lau normalt finde 1.000 til 10.000 celler i mindre end en teskefuld vand. Det kan virke meget, men en knivspids jord fra din baghave kan indeholde 100.000 til en million gange så mange celler. På steder mere end en kilometer under jorden er der muligvis kun 500 celler pr. Teskefuld vand. Lau estimerer, at hun skulle filtrere vand kontinuerligt i 200 dage for at få nok DNA og RNA til hendes analyse.
Det kan være vanskeligt at dyrke bakteriearter i laboratoriet uden at kende den specifikke mad, de spiser, eller de nøjagtige forhold, under hvilke de trives. Forskere har kun været i stand til at dyrke omkring en procent af de bakterier, de finder på deres dybe feltpladser. Som et resultat er de fleste arter kun kendt fra deres unikke molekylære signaturer - og DNA- eller RNA-sekventering har afsløret en overflod af tidligere uidentificerede bakterier i de prøver, som forskere har samlet dernede.
Denne time-lapse-video viser forskere, der samler prøver inde i en sydafrikansk guldmine. (af Gaetan Borgonie)Senest går Lau et skridt videre end at finde ud af, hvad der bor dernede - hun vil vide, hvad de gør for at leve. Uden sollys og planter til at fange solens energi gennem fotosyntesen, er disse dyblevende bakterier nødt til at overleve på energi fra de kemiske reaktioner mellem klipper og vand. Disse reaktioner kan producere brint, metan og sulfater, og forskere troede, at disse tre kemikalier ville brændstof størstedelen af bakterier, der lever i disse dybe miljøer.
Til hendes overraskelse fandt Lau, at dette ikke var tilfældet. I stedet opretholder kemikalierne kun et mindretal af bakterierne, som derefter producerer svovl og nitrater. Bakterier, der fodres med disse sekundære kemikalier dominerede i disse miljøer.
Det betyder, at forskere, når de søger efter dybt liv, enten på Jorden eller på andre verdener, skal se efter et bredere spektrum af metaboliske reaktioner. ”Fokuser ikke bare på de få store processer. Vi bør være mere åbne for at se på det fulde og komplette stofskiftelandskab, ”siger Lau.
”At være i stand til faktisk at se, hvad de alle laver her nede, er absolut den mest spændende ting, noget som vi altid har ønsket at gøre og forsøge at finde ud af, hvordan man gør i de sidste 20 år, og nu kan vi endelig gør det, ”siger Onstott.
"[Lau's] første øjebliksbillede, det er som at få det første billede tilbage fra Mars eller noget, det er utroligt, " tilføjer han.
En veritabel zoologisk have
Hvor der er bytte, er der normalt rovdyr. Og bakterier laver et velsmagende måltid til mange skabninger.
Da Gaetan Borgonie hørte om disse dybe bakterier, spekulerede han på, om han kunne finde orme kaldet nematoder - som lever af bakterier - på de samme underjordiske steder. Borgonie, en zoolog ved Extreme Life Isyensya i Gentbrugge, Belgien, havde arbejdet på disse orme i 20 år. Han vidste, at nematoder kunne overleve en lang række forhold på overfladen, herunder ekstremt varme eller kolde temperaturer og meget lave iltniveauer, så i teorien var de velegnet til forhold dybt under jorden.
Borgonie kaldte Onstott op, som inviterede ham til at komme og udforske miner i Sydafrika. Men det var ikke let at finde disse orme. Selvom de er meget rigelige på overfladen, var Borgonie i minerne nødt til at prøve mere end 2.500 gallon vand for at finde en enkelt nematode. ”Du er virkelig nødt til at ændre din tankegang og forlade det, du kender fra overfladen, fordi undergrunden er en anden planet, ” siger han.
Borgonie opdagede et stort antal nematoder, der lever i miner i 3.000 til 12.000 år gammelt vand fra borehuller, såvel som i stalaktitter, der hænger fra minerens tunneler. Disse omfattede en ny art fundet næsten en kilometer under overfladen, og en anden uidentificeret orm, der lever mere end to miles nede. Disse dyr var det første bevis på et flercelligt, eukaryot liv så dybt, siger Borgonie.
I modsætning til de unikke bakterier, der findes på disse dybder, hørte langt de fleste orme til arter, der findes på overfladen. ”Disse dyr er allerede vant til stress, og de der er opportunistiske på overfladen klarer sig meget godt under jorden, ” siger Borgonie.
Dybe miljøer kan faktisk give nogle fordele i betragtning af de stabile forhold og manglen på rovdyr til ormene. ”For dem er det som en ferie, ” siger Borgonie.
Hvide pile peger på bakterier, der findes i biofilmer i borehullsvand fra Sydafrikas Kopanang-guldgruve. (Gaetan Borgonie) Overbevist om, at der må være flere sådanne væsener, der bor i miner, forlod Borgonie sit prøveudstyr i Sydafrikas Driefontein-guldgruve i to år for at filtrere mere end tre millioner gallon vand - nok til at fylde næsten fem olympiske størrelser i svømmebassiner.
”Det var, da vi fandt hele zoologisk have, ” siger Borgonie. Han identificerede flere andre multicellulære organismer, herunder fladeorme og segmenterede orme, såvel som hvad der syntes at være et krebsdyr. Næsten alle disse arter overlevede ved at spise bakterier.
Opdagelsen af disse organismer er opmuntrende for forskere, der leder efter udenjordisk liv, siger Borgonie. ”Jeg synes, det er meget godt, at vi finder et så stort økosystem under jorden, ” siger han. ”Hvis vi kan bevise, at de kan overleve på ubestemt tid under jorden, kan det være meget gode nyheder for folk, der søger liv på Mars.”
”Jeg ville virkelig elske [at udføre] dette arbejde på planeten Mars, ” siger han. ”Derfor siger jeg altid, hvis de nogensinde giver mig en envejsbillet til Mars, er jeg væk.”
Den fremmede dyb
Borgonie har muligvis ikke sin billet endnu, men kommende rumundersøgelsesmissioner kan give os en bedre idé om, hvorvidt andre dele af solsystemet kan understøtte livet.
”En af de ting, der har givet folk en følelse af optimisme, hvad angår astrobiologi, er fundet, at der er organismer, der kan vedvare under det, vi ville betragte som meget ekstreme forhold, ” siger Tori Hoehler, en astrobiolog ved NASA Ames Research Center. Hoehler er medlem af NASA Astrobiology Institute's Rock-Powered Life-team, der studerer, hvordan reaktioner mellem forskellige slags klipper og vand kan generere nok energi til at støtte livet.
”En af de mest udbredte levesteder der findes derude er den, der er defineret af sten og vand, ” siger Hoehler. Du kan forestille dig akvifere, der sidder dybt under Mars 'overflade eller oceanerne, der skrækker sig over den klippeskorpe i Jupiters måne Europa eller Saturns måne Enceladus, siger han.
NASAs Europa Multiple Flyby Mission, der forventes at blive lanceret i løbet af de næste fem til ti år, vil give forskere en bedre idé om, hvorvidt Jupiters iskaldte måne har nogle miljøer, der kan understøtte livet. Hvad angår Mars, er forskere gået fra at spørge, om de kan finde beboelige miljøer til faktisk at lede efter bevis på selve livet, siger Hoehler.
Selvom forholdene på Marsoverfladen i øjeblikket er ekstremt uvurderlige for livet, ser planet ud til at have haft en atmosfære og overfladevand på et tidspunkt i sin fortid. Hvis livet da havde udviklet sig, kunne det have spredt sig til den Martiske undergrund, hvor miljøet forblev stabilt, selv når overfladen blev fjendtlig. Det er muligt, at livet stadig vedvarer dybt under jorden og venter på, at vi skal grave det ud.
En kunstners gengivelse af ESAs ExoMars Rover, der vil bære en drill designet til at undersøge ned til 6, 5 fod under Marsoverfladen. (ESA) Vi behøver ikke vente for længe for at få vores første kig under Marsoverfladen. Det Europæiske Rumagenturs ExoMars-mission i 2018 vil bore cirka seks meter under Marsoverfladen for at se efter tegn på liv. Det er måske ikke dybt nok til at finde levende organismer, men det skulle være langt nok under overfladen, at vi kunne finde bevis på liv.
Mere end 20 år siden antikke bakterier først gav ham et indblik i Jordens dybe liv, kan Onstott ikke vente med at se, hvad vi finder på Mars, især når forskere først kan grave lidt dybere.
"Hvis der er en sød plet på Mars, et sted, hvor du bare får den rigtige balance mellem temperatur og vand, kan der muligvis være organismer, der overlever under disse forhold."
Lær mere om denne forskning og mere på Deep Carbon Observatory.
