Saintis dengan Observatorium Karbon Dalam (DCO) mengubah pemahaman kita tentang kehidupan jauh di dalam Bumi, dan mungkin di dunia lain. Penemuan mereka menunjukkan bahawa kehidupan yang berlimpah dapat wujud di sub-permukaan planet dan bulan lain, walaupun di mana suhu sangat melampau, dan tenaga dan nutrien jarang. Mereka juga mendapati bahawa semua kehidupan yang tersembunyi di Bumi dalam mengandungi beratus-ratus kali lebih banyak karbon daripada seluruh umat manusia, dan bahawa biosfera dalam hampir dua kali ganda dari jumlah lautan Bumi.
"Model kitaran karbon yang ada ... masih dalam proses." - Dr. Mark Lever, Jawatankuasa Pemandu Komuniti Deep Life DCO. "
DCO bukanlah kemudahan, tetapi sekumpulan lebih dari 1,000 saintis dari 52 negara, termasuk ahli geologi, ahli kimia, ahli fizik, dan ahli biologi. Mereka hampir menjelang akhir projek 10 tahun untuk menyiasat bagaimana Kitaran Karbon Dalam mempengaruhi Bumi. 90% karbon Bumi berada di dalam planet ini, dan DCO adalah usaha pertama kami untuk benar-benar memahaminya.
DCO adalah usaha global. Pasukan saintis telah menjelajahi beberapa periuk api terdalam di Bumi, mengebor lebih dalam ke dasar laut daripada sebelumnya, dan meneliti gunung berapi dalam usaha mereka untuk memahami kitaran karbon dalam Bumi. Dan mereka belum selesai.
Mereka telah menemui dunia bawah tanah yang pelik yang menyimpan antara 245 hingga 385 kali lebih banyak karbon daripada seluruh umat manusia. Menurut DCO, 70% bakteria dan archaea Bumi hidup di bawah tanah, dan mereka wujud di permukaan bawah tanah yang paling dalam. Dan sebilangannya adalah zombi.
Sebahagian daripadanya terdapat di persekitaran yang sangat rendah tenaga dan nutriennya. Mereka hampir tidak tumbuh sama sekali, dan menghabiskan sumber daya yang ada untuk menjaga diri mereka sendiri, dan bukannya untuk membiak. Bakteria "zombie" ini dapat hidup selama berjuta-juta tahun tanpa membiak, penemuan yang menakjubkan dengan implikasi terhadap sejarah kehidupan di Bumi, dan adanya kehidupan di dunia lain.
Untuk melihat lebih mendalam karya DCO, saya bercakap dengan Dr. Mark Lever, ahli Geomikrobiologi dan profesor di Institut Teknologi Persekutuan Switzerland di Zurich. Dr. Lever juga berada di Jawatankuasa Pemandu Komuniti Kehidupan Dalam Hidup DCO, dan dia memberi kita lebih banyak wawasan mengenai kerja DCO, apa yang berlaku di masa depan, dan apa implikasinya bagi Pencarian Kehidupan.
Berikut adalah petikan dari wawancara e-mel dengan Dr. Lever yang membincangkan Kitaran Karbon Dalam dan kehidupan jauh di dalam Bumi.
UT: Saya tahu saintis enggan membuat spekulasi terlalu banyak, dengan alasan yang baik. Tetapi Space Magazine utamanya adalah laman web sains angkasa, dan saya tahu pembaca kita akan tertanya-tanya bagaimana pengetahuan ini berkaitan dengan Pencarian Kehidupan di Sistem Suria kita. Marikh? Bulan Ais? Dunia lain?
ML: "Terdapat banyak perbincangan mengenai penggunaan wawasan asas yang diperoleh dari mempelajari kitaran karbon dalam Bumi untuk meneroka kebiasaan dan kitaran karbon di planet lain dan bulan planet dalam sistem suria kita. Mirip dengan Planet Bumi, yang mempunyai biosfer yang kaya dan luas di kawasan bawah permukaan batu dan enapannya, planet-planet ini dan bulan-bulannya mungkin mempunyai biosfera yang produktif dan beragam di bawah permukaannya yang sering tidak didiami. "
"... planet kita mungkin berubah menjadi ... tempat pengujian yang sempurna untuk teknologi yang akan membolehkan penemuan dan kajian terperinci mengenai kehidupan di tempat lain di sistem suria kita dan seterusnya." - Dr. Mark Lever.
"Banyak teknologi yang digunakan untuk mengeksplorasi kehidupan mendalam di Bumi, termasuk teknologi pengeboran yang menyediakan akses ke sampel bebas pencemaran dari kilometer di bawah dasar laut atau dari formasi ais Antartika di bawah, dan alat dan instrumen pemantauan automatik canggih yang telah dikembangkan , sangat penting untuk meneroka sistem luar bumi ini. "
"Planet kita mungkin berubah - sebahagiannya ditaja oleh DCO - tempat ujian sempurna untuk teknologi yang akan memungkinkan penemuan dan kajian terperinci mengenai kehidupan di tempat lain di sistem suria kita dan seterusnya."
"Saya juga berpendapat pandangan ilmiah relevan dengan penemuan dan penemuan kehidupan di planet lain. Salah satu fokus utama kajian oleh Deep Carbon Observatory adalah mengenal pasti had hidup - dan kitar karbon biologi - di Bumi. Pemboleh ubah mana yang menentukan di mana kehidupan boleh atau tidak boleh wujud di Bumi? Everett Shock dengan tepat menciptakan istilah "pinggiran biotik" untuk menggambarkan batas khayalan dalam keadaan persekitaran yang memisahkan yang tidak dapat dihuni dari yang tidak dapat dihuni. "
"Bahagian dalam Bumi adalah tempat yang sangat menjanjikan untuk menjelajahi pinggiran biotik ini, kerana jarak yang luas dari segi suhu, pH, tekanan, ruang pori, kepekatan nutrien, dan ketersediaan tenaga yang dapat dijumpai di sana. Beberapa ekspedisi (DCO) berjaya menyelidiki sedimen dan formasi batuan dalam dan dapat mendokumentasikan bagaimana biomassa dan kelimpahan hidup berkurang secara beransur-ansur sehingga kehidupan hampir atau di bawah had pengesanan. "
"Sekiranya kehidupan di badan luar bumi mempunyai biokimia yang sama atau serupa dengan kehidupan di Bumi, maka pemahaman tentang apa yang mengawal dan membatasi penyebaran kehidupan di Bumi mungkin relevan untuk badan-badan luar bumi yang lain."
"Dari segi badan planet yang telah kita mulai meneroka dengan lebih terperinci, ukuran sampel kita sekarang adalah 1. Sejauh mana tafsiran kita betul atau bahkan universal hanya dapat ditentukan dengan mempelajari tambahan badan planet di luar yang kita hidupi sekarang ini. dihidupkan. "
UT: Adakah pengetahuan baru ini mengenai kitaran karbon Bumi dan biosfera mendalam akan memberi kesan kepada pemahaman kita mengenai perubahan iklim, bukan hanya sekarang tetapi pada masa lalu yang lebih mendalam?
ML: “Tujuan Deep Carbon Cycle adalah untuk meningkatkan pemahaman mendasar mengenai kitar karbon sejak terbentuknya Bumi. Sebilangan besar penyelidikan ini pada asasnya relevan dengan perubahan iklim semasa dan masa lalu kerana ia menyumbang kepada pemahaman yang lebih baik mengenai faktor-faktor yang mengawal pertukaran karbon antara "dunia permukaan" - atmosfer, hidrosfera dan lapisan paling luar litosfera - dan "Permukaan bawah tanah", iaitu sebahagian besar planet yang terletak di mana saja dari beberapa meter hingga ribuan kilometer di bawah lapisan litosfer terluar. "
"Bahkan perubahan sedikit pun dalam pertukaran karbon antara permukaan dan dunia bawah permukaan bumi akan membawa akibat dramatik bagi iklim Bumi - kapan saja sepanjang sejarahnya." - Dr. Mark Lever.
"Memahami pertukaran ini sangat penting untuk memahami perubahan iklim masa lalu, kontemporari, dan masa depan kerana jumlah karbon yang ada di" dunia permukaan "mungkin hanya satu sepersepuluh dari jumlah karbon yang terdapat dalam sedimen bawah permukaan di seluruh dunia, dan mungkin hanya seratus juta karbon yang terdapat di kerak bumi dan lapisan atas. "
"Bahkan perubahan sedikit pun dalam pertukaran karbon antara permukaan dan dunia bawah permukaan bumi akan membawa akibat dramatik bagi iklim Bumi - kapan saja sepanjang sejarahnya."
UT: Mungkinkah biosfera dalam memainkan peranan dalam pemulihan Bumi dari kejadian kepupusan seperti kepupusan Permian-Triassic? Itu adalah persoalan besar, tetapi adakah cara untuk memahami biosfera dalam pada masa lalu dan bagaimana ia mungkin berubah dari masa ke masa?
ML: "Pautan paling langsung yang dapat saya lihat dengan kepupusan Permian-Triassic menuju ke arah yang lain: ada bukti bahawa pada waktu yang sama, sama ada berkaitan dengan impak meteorik yang besar atau tidak, terdapat peningkatan pelepasan metana dari metana hidrat, iaitu "metana ais" yang terbentuk pada suhu rendah dan di bawah tekanan tinggi di dasar laut. "
"Sebilangan besar metana, dan metana hidrat, yang terdapat di dasar laut mungkin dihasilkan oleh mikroorganisma yang berukuran meter hingga ratusan meter di bawah dasar laut. Pelepasan mendadak sejumlah besar metana gas rumah kaca yang kuat, yang dihasilkan secara besar-besaran oleh mikroorganisma biosfera dalam, mungkin telah menyumbang kepada kepupusan Permian-Triassic. "
"Ada mikroorganisma di lautan yang memakan metana dan menghirup oksigen. Apabila jumlah metana terlarut meningkat, mikroorganisma ini mungkin telah menghabiskan semua oksigen terlarut di bahagian lautan, dan menyumbang kepada kepunahan banyak haiwan laut yang memerlukan oksigen terlarut untuk bernafas dan bertahan. "
UT: Saya terus memikirkan biosfera dalam sebagai sejenis "peti besi" untuk bahan genetik Bumi, sejenis keselamatan yang tidak disengajakan. Adakah anda fikir ada ketepatan idea itu?
ML: "Saya sangat menyukai konsep" peti besi ", dan menganggapnya masuk akal kerana jenis persekitaran dalaman dalaman Bumi, mis. batuan ultramafik, kerak basal, mungkin tetap serupa sejak asal usul kehidupan kira-kira empat bilion tahun yang lalu. "
Idea "peti besi" mikroba mungkin terutama berlaku untuk organisma hidup, yang memiliki mekanisme untuk memperbaiki maklumat genetik mereka, iaitu DNA dan RNA. "
"Nampaknya tidak mungkin kita dapat memulihkan urutan gen yang utuh dari organisma hidup terawal Bumi di biosfera dalam." - Dr. Mark Lever, DCO.
"DNA dan RNA adalah sumber tenaga dan nutrien yang sangat baik kepada banyak mikroorganisma, dan cepat terdegradasi oleh ini jika dilepaskan ke alam sekitar. Mereka juga dihancurkan oleh reaksi kimia spontan - yang berlaku walaupun di dalam sel hidup. Sel hidup dapat mengesan sebahagian besar mutasi spontan ini, memperbaikinya, dan dengan demikian mengekalkan maklumat genetik utuh yang memungkinkan mereka tetap hidup. DNA atau RNA dari organisma mati, bagaimanapun, tidak diperbaiki. "
"Sejumlah kecil urutan DNA atau RNA yang relatif utuh dapat dipelihara di habitat bawah permukaan dalam jangka masa ribuan tahun, atau kadang-kadang beberapa juta tahun, tetapi mungkin tidak melebihi itu. Nampaknya tidak mungkin kita dapat memulihkan urutan gen yang utuh dari organisma hidup paling awal di biosfera dalam. "
UT: DCO telah membuat beberapa penemuan yang menakjubkan. Apa yang seterusnya untuk DCO, dan apa yang anda fikir akan menjadi arah untuk penyelidikan masa depan ke dalam biosfera dalam?
ML: "Tempoh pendanaan DCO melalui Alfred P. Sloan Foundation akan berakhir pada musim gugur 2019. Persidangan akhir yang besar akan diadakan di National Academy of Sciences di Washington DC Oktober depan, di mana 10 tahun keberadaan DCO akan diraikan, dan petunjuk masa depan untuk sains berkaitan karbon mendalam akan diterokai. "
"Terdapat banyak perbincangan di antara saintis DCO mengenai cara-cara untuk mengekalkan komuniti geofizik, geologi, ahli geokimia, dan ahli mikrobiologi yang pelbagai dan interdisipliner ini. Satu acara yang akan terus menyatukan kita adalah Persidangan Penyelidikan Gordon yang bertemakan "Ilmu Karbon Dalam", yang berlangsung untuk pertama kalinya pada musim panas 2018, dan - kerana kejayaannya yang besar - dijadualkan berlangsung setiap dua tahun dari sekarang. "
“Salah satu arah penting adalah pentingnya gempa bumi dalam menyokong biosfera dalam. Gempa bumi membuat habitat baru untuk mikroorganisma dengan memecahkan kerak bumi dan membiarkan mikroba menjajah patah-patah ini dan mengakses sumber tenaga yang berasal dari batuan, seperti besi berkurang. Gempa bumi juga mengepam cecair sumber yang kaya dengan substrat tenaga mikroba, seperti hidrogen atau metana, dari bahagian dalam Bumi yang tidak berpenghuni ke zon yang lebih dangkal, boleh dihuni, dan dengan demikian memungkinkan kehidupan dalam berkembang pesat pada kitaran boom dan bust di kawasan aktif seismik. "
UT: Apa yang anda fikir secara peribadi adalah penemuan paling menarik dari DCO?
"... jendela peluang untuk penemuan saintifik asas mengenai kitaran karbon Bumi tetap luas." - Dr. Mark Lever, DCO.
"Bagi saya penemuan yang paling menggembirakan mungkin ialah aliran masuk gunung berapi CO2 ke atmosfer adalah dua kali lebih tinggi daripada yang difikirkan sebelumnya. Penemuan ini - bersama dengan banyak yang lain oleh DCO - menunjukkan bagaimana model kitaran karbon yang ada, khususnya berkenaan dengan pertukaran karbon antara dunia permukaan dan bawah permukaan, masih berfungsi. Oleh itu, peluang untuk penemuan saintifik asas mengenai kitaran karbon Bumi tetap luas. "
- Laman Web Pemerhatian Karbon Dalam
- Laman Web Pusat Penyelidikan Biosfera Tenaga Gelap
- Siaran Akhbar DCO: Kehidupan di Bumi Dalam berjumlah 15 hingga 23 Billion Ton Karbon — Ratusan Kali Lebih Banyak daripada Manusia
