มีจำนวนชีวิตที่น่าประหลาดใจลึกลงไปในโลก หลายร้อยเท่ามวลมากกว่ามวลมนุษยชาติทั้งหมด

Send

นักวิทยาศาสตร์ที่มีหอดูดาวคาร์บอนลึก (DCO) กำลังเปลี่ยนความเข้าใจของเราเกี่ยวกับชีวิตที่อยู่ลึกลงไปในโลกและอาจจะอยู่ในโลกอื่น การค้นพบของพวกเขาชี้ให้เห็นว่าสิ่งมีชีวิตที่อุดมสมบูรณ์อาจมีอยู่ในพื้นผิวย่อยของดาวเคราะห์และดวงจันทร์อื่นแม้อุณหภูมิจะสูงมากและพลังงานและสารอาหารก็หายาก พวกเขายังค้นพบว่าสิ่งมีชีวิตทั้งหมดที่ซ่อนอยู่ในโลกใต้พิภพนั้นมีคาร์บอนมากกว่ามนุษยชาติทั้งหมดหลายร้อยเท่าและชีวมณฑลลึกนั้นมีปริมาณเกือบสองเท่าของมหาสมุทรทั้งหมดของโลก

“ แบบจำลองวัฏจักรคาร์บอนที่มีอยู่…ยังคงอยู่ระหว่างดำเนินการ” - ดร. มาร์คลีเวอร์คณะกรรมการกำกับดูแลชุมชนดีซีโอดีไลฟ์”

DCO ไม่ใช่สิ่งอำนวยความสะดวก แต่เป็นกลุ่มนักวิทยาศาสตร์มากกว่า 1,000 คนจาก 52 ประเทศรวมถึงนักธรณีวิทยานักเคมีนักฟิสิกส์และนักชีววิทยา พวกเขาใกล้จะสิ้นสุดโครงการ 10 ปีเพื่อตรวจสอบว่าวัฏจักรคาร์บอนลึกส่งผลกระทบต่อโลกอย่างไร คาร์บอน 90% ของโลกอยู่ในโลกและ DCO เป็นความพยายามครั้งแรกของเราที่จะเข้าใจมัน

DCO เป็นความพยายามระดับโลก ทีมนักวิทยาศาสตร์ได้สำรวจเหมืองที่ลึกที่สุดบนโลกเจาะลึกลงไปในพื้นมหาสมุทรมากกว่าที่เคยเป็นมาและสำรวจภูเขาไฟในความพยายามที่จะเข้าใจวัฏจักรคาร์บอนที่ลึกของโลก และพวกเขายังไม่เสร็จ

พวกเขาค้นพบโลกใต้ดินที่แปลกประหลาดซึ่งมีปริมาณคาร์บอนอยู่ระหว่าง 245 ถึง 385 เท่าของมวลมนุษยชาติ จากข้อมูลของ DCO พบว่า 70% ของแบคทีเรียและอาร์เคียของโลกอาศัยอยู่ใต้ดินและมีอยู่ในชั้นใต้ดินที่ลึกที่สุด และบางคนก็เป็นซอมบี้

บางคนอยู่ในสภาพแวดล้อมที่มีพลังงานและสารอาหารต่ำมาก พวกเขาแทบจะไม่เติบโตเลยและใช้ทรัพยากรที่มีอยู่เพื่อรักษาตัวเองแทนที่จะทำซ้ำ แบคทีเรีย "ซอมบี้" เหล่านี้อาจมีชีวิตอยู่นับล้านปีโดยไม่ต้องทำซ้ำการค้นพบที่น่าทึ่งพร้อมความหมายสำหรับประวัติศาสตร์ชีวิตบนโลกและการมีอยู่ของสิ่งมีชีวิตบนโลกอื่น

สำหรับการมองลึกลงไปในการทำงานของ DCO ฉันได้พูดคุยกับดร. มาร์ค Lever นักธรณีวิทยาและนักธรณีวิทยาและศาสตราจารย์ที่สถาบันเทคโนโลยีแห่งชาติสวิสในซูริก ดร. ลีเวอร์ยังอยู่ในคณะกรรมการกำกับดูแลชุมชน Deep Life ของ DCO และเขาให้ข้อมูลเชิงลึกเพิ่มเติมเกี่ยวกับการทำงานของ DCO สิ่งที่อนาคตถือไว้และสิ่งที่เกี่ยวข้องกับการค้นหาชีวิต

สิ่งต่อไปนี้เป็นข้อความที่ตัดตอนมาจากการสัมภาษณ์ทางอีเมลกับ Dr. Lever เพื่อพูดคุยเกี่ยวกับวัฏจักรคาร์บอนลึกและชีวิตที่ลึกล้ำภายในโลก

UT: ฉันรู้ว่านักวิทยาศาสตร์ลังเลที่จะคาดเดามากเกินไปด้วยเหตุผลที่ดี แต่นิตยสาร Space เป็นเว็บไซต์วิทยาศาสตร์อวกาศเป็นหลักและฉันรู้ว่าผู้อ่านของเราจะสงสัยว่าความรู้นี้เกี่ยวข้องกับการค้นหาชีวิตในระบบสุริยะของเราอย่างไร ดาวอังคาร? ดวงจันทร์น้ำแข็ง โลกอื่น?

ML:“ มีการพูดคุยกันมากเกี่ยวกับการใช้ข้อมูลเชิงลึกพื้นฐานที่ได้รับจากการศึกษาวัฏจักรคาร์บอนลึกของโลกเพื่อสำรวจความเป็นอยู่และการปั่นจักรยานคาร์บอนบนดาวเคราะห์ดวงอื่นและดวงจันทร์ดาวเคราะห์ในระบบสุริยะของเรา คล้ายกับ Planet Earth ที่มีชีวมณฑลที่อุดมสมบูรณ์และกว้างขวางในหินใต้ผิวดินและสภาพแวดล้อมที่เป็นตะกอนดาวเคราะห์เหล่านี้และดวงจันทร์ของพวกมันอาจมีชีวมณฑลที่อุดมสมบูรณ์และหลากหลายใต้พื้นผิวที่ไม่เอื้ออำนวย

“ …ดาวเคราะห์ของเราอาจกลายเป็น…พื้นที่ทดสอบที่สมบูรณ์แบบสำหรับเทคโนโลยีที่จะช่วยให้การค้นพบและการศึกษารายละเอียดของสิ่งมีชีวิตอื่น ๆ ในระบบสุริยะของเราและอื่น ๆ ” - Dr. Mark Lever

“ เทคโนโลยีจำนวนมากที่ใช้ในการสำรวจสิ่งมีชีวิตบนโลกลึกรวมถึงเทคโนโลยีการขุดเจาะที่ให้การเข้าถึงตัวอย่างที่ปราศจากสิ่งปนเปื้อนจากกิโลเมตรใต้ท้องทะเลหรือจากการก่อตัวของน้ำแข็งขั้วโลกใต้ที่ลึกและเครื่องมือตรวจสอบอัตโนมัติและเครื่องมือที่ซับซ้อน จะมีความสำคัญต่อการสำรวจระบบต่างดาวเหล่านี้”

“ ดาวเคราะห์ของเราอาจกลายเป็นส่วนหนึ่งที่ DCO สนับสนุนซึ่งเป็นพื้นที่ทดสอบที่สมบูรณ์แบบสำหรับเทคโนโลยีที่จะช่วยให้การค้นพบและการศึกษารายละเอียดของสิ่งมีชีวิตอื่น ๆ ในระบบสุริยะของเราและอื่น ๆ ”

“ ฉันคิดว่าข้อมูลเชิงลึกทางวิทยาศาสตร์เกี่ยวข้องกับการค้นพบและค้นพบสิ่งมีชีวิตบนดาวเคราะห์ดวงอื่น หนึ่งในเป้าหมายหลักของการวิจัยโดยหอดูดาวคาร์บอนลึกคือการระบุข้อ จำกัด ของชีวิต - และการขี่จักรยานคาร์บอนชีวภาพ - บนโลก ตัวแปรใดเป็นตัวกำหนดว่าชีวิตสามารถหรืออยู่ไม่ได้บนโลก? เอเวอเรตต์ช็อคได้สร้างคำว่า "ขอบชีวภาพ" อย่างเหมาะสมเพื่ออธิบายขอบเขตของจินตนาการในสภาพแวดล้อมที่แยกการอยู่อาศัยออกจากสิ่งที่ไม่น่าอยู่อาศัย "

“ การตกแต่งภายในของโลกเป็นสถานที่ที่มีแนวโน้มมากในการสำรวจขอบชีวภาพนี้เนื่องจากเงื่อนไขที่หลากหลายในแง่ของอุณหภูมิ, pH, ความดัน, พื้นที่รูขุมขน, ความเข้มข้นของสารอาหารและความพร้อมใช้พลังงานที่สามารถพบได้ที่นี่ การเดินทางหลายครั้ง (DCO) ได้จัดการเจาะเข้าไปในตะกอนลึกและหินและสามารถบันทึกว่าชีวมวลและความอุดมสมบูรณ์ของชีวิตลดลงเรื่อย ๆ จนกระทั่งชีวิตใกล้หรือต่ำกว่าขีด จำกัด การตรวจจับ”

“ หากชีวิตในร่างกายนอกโลกมีชีวเคมีเหมือนกันหรือคล้ายกันกับสิ่งมีชีวิตบนโลกดังนั้นความเข้าใจในสิ่งที่การควบคุมและ จำกัด การแพร่กระจายของสิ่งมีชีวิตบนโลกน่าจะเกี่ยวข้องกับสิ่งมีชีวิตนอกโลกอื่น ๆ เหล่านี้”

“ ในแง่ของร่างกายดาวเคราะห์ที่เราเริ่มสำรวจในรายละเอียดที่มากขึ้นขนาดตัวอย่างปัจจุบันของเราคือ 1 ขอบเขตที่การตีความของเราถูกต้องหรือแม้แต่สากลสามารถกำหนดได้โดยการศึกษาร่างกายดาวเคราะห์เพิ่มเติมนอกเหนือจากที่เรามีชีวิตอยู่ บน."

UT: ความรู้ใหม่เกี่ยวกับวัฏจักรคาร์บอนของโลกและชีวภาคลึกมีผลกระทบต่อความเข้าใจของเราเกี่ยวกับการเปลี่ยนแปลงสภาพภูมิอากาศไม่เพียง แต่ตอนนี้ แต่ในอดีตที่ลึกลงไป?

ML:“ เป้าหมายของวัฏจักรคาร์บอนลึกคือการปรับปรุงความเข้าใจพื้นฐานของวัฏจักรคาร์บอนตั้งแต่การก่อตัวของโลก งานวิจัยนี้ส่วนใหญ่มีความเกี่ยวข้องกับการเปลี่ยนแปลงสภาพภูมิอากาศในปัจจุบันและในอดีตซึ่งก่อให้เกิดความเข้าใจที่ดีขึ้นเกี่ยวกับปัจจัยที่ควบคุมการแลกเปลี่ยนคาร์บอนระหว่าง "พื้นผิวโลก" - บรรยากาศชั้นบรรยากาศและชั้นนอกสุดของธรณีภาค “ ใต้ผิวดินลึก” คือส่วนใหญ่ของดาวเคราะห์ที่อยู่ที่ใดก็ได้จากไม่กี่เมตรไปจนถึงหลายพันกิโลเมตรใต้ชั้นบรรยากาศชั้นนอกสุดของธรณีภาค

“ แม้แต่การเปลี่ยนแปลงเล็กน้อยในการแลกเปลี่ยนคาร์บอนระหว่างพื้นผิวและโลกใต้ผิวดินจะมีผลกระทบอย่างมากต่อสภาพภูมิอากาศของโลก - ตลอดเวลาตลอดประวัติศาสตร์ของมัน” - Dr. Mark Lever

“ การทำความเข้าใจการแลกเปลี่ยนเหล่านี้มีความสำคัญอย่างยิ่งต่อการทำความเข้าใจการเปลี่ยนแปลงสภาพภูมิอากาศในอดีตปัจจุบันและอนาคตในอนาคตเนื่องจากปริมาณคาร์บอนที่มีอยู่ใน“ พื้นผิวโลก” น่าจะเป็นเพียงหนึ่งในสิบของปริมาณคาร์บอนที่มีอยู่ในตะกอนใต้ผิวโลก และบางทีอาจมีปริมาณคาร์บอนเพียงหนึ่งร้อยล้านของปริมาณที่มีอยู่ในเปลือกโลกและชั้นบนของโลก”

“ แม้แต่การเปลี่ยนแปลงเล็กน้อยในการแลกเปลี่ยนคาร์บอนระหว่างพื้นผิวและโลกใต้ผิวดินจะมีผลกระทบอย่างมากต่อสภาพภูมิอากาศของโลก - ตลอดเวลาตลอดประวัติศาสตร์ของมัน”

UT: ชีวมณฑลลึกอาจมีบทบาทในการฟื้นตัวของโลกจากเหตุการณ์สูญพันธุ์เช่นการสูญพันธุ์ของ Permian-Triassic? นั่นเป็นคำถามที่ยิ่งใหญ่ แต่มีวิธีใดบ้างที่จะเข้าใจ Biosphere ที่ลึกล้ำในอดีตและอาจมีการเปลี่ยนแปลงอย่างไรเมื่อเวลาผ่านไป

ML:“ การเชื่อมโยงโดยตรงที่สุดที่ฉันสามารถเห็นการสูญพันธุ์ Permian-Triassic ไปในทิศทางอื่น: มีหลักฐานว่าในเวลาเดียวกันไม่ว่าจะเกี่ยวข้องกับผลกระทบอุตุนิยมวิทยาขนาดใหญ่หรือไม่มีการเพิ่มขึ้นของมีเทนจาก มีเทนไฮเดรตคือ "น้ำแข็งมีเธน" ที่เกิดขึ้นที่อุณหภูมิต่ำและภายใต้แรงดันสูงในพื้นทะเล "

“ ส่วนใหญ่ของมีเธนและมีเธนไฮเดรตที่อยู่ในพื้นทะเลนั้นอาจถูกผลิตโดยจุลินทรีย์ที่มีชีวิตอยู่เมตรถึงหลายร้อยเมตรใต้พื้นทะเล การปล่อยก๊าซมีเทนจากก๊าซเรือนกระจกในปริมาณมหาศาลอย่างกระทันหันซึ่งเกิดจากการที่จุลินทรีย์ขนาดใหญ่ผลิตโดยชีวมณฑลลึกอาจส่งผลให้สูญพันธุ์ Permian-Triassic”

“ มีเชื้อจุลินทรีย์ในมหาสมุทรที่กินมีเธนและหายใจออกซิเจน เมื่อปริมาณมีเธนที่ละลายเพิ่มขึ้นจุลินทรีย์เหล่านี้อาจใช้ออกซิเจนละลายทั้งหมดในส่วนของมหาสมุทรและมีส่วนทำให้สัตว์ทะเลจำนวนมากสูญพันธุ์ซึ่งต้องการออกซิเจนละลายเพื่อหายใจและเอาชีวิตรอด”

UT: ฉันนึกถึงชีวภาคลึกในฐานะ "ห้องนิรภัย" สำหรับสารพันธุกรรมทางโลกซึ่งเป็นวิธีการรักษาความปลอดภัยที่ไม่ได้ตั้งใจ คุณคิดว่ามีความแม่นยำต่อความคิดนั้นหรือไม่?

ML:“ ฉันชอบแนวคิด“ ห้องนิรภัย” และคิดว่ามันสมเหตุสมผลเพราะสภาพแวดล้อมบางอย่างของการตกแต่งภายในของโลกเช่น หิน ultramafic เปลือกทุรกันดารอาจยังคงค่อนข้างคล้ายกันมาตั้งแต่กำเนิดของชีวิตประมาณสี่พันล้านปีที่ผ่านมา

“ ความคิด” จุลินทรีย์” ความคิดส่วนใหญ่อาจนำไปใช้กับสิ่งมีชีวิตซึ่งมีกลไกในการซ่อมแซมข้อมูลทางพันธุกรรมของพวกเขาเช่น DNA และ RNA”

“ ดูเหมือนว่าไม่น่าเป็นไปได้ที่เราจะสามารถกู้คืนลำดับยีนที่สมบูรณ์จากสิ่งมีชีวิตที่เก่าแก่ที่สุดของโลกในชีวมณฑลลึก” - Dr. Mark Lever, DCO

“ DNA และ RNA เป็นพลังงานที่ยอดเยี่ยมและเป็นแหล่งสารอาหารสำหรับจุลินทรีย์จำนวนมากและจะเสื่อมโทรมอย่างรวดเร็วหากปล่อยออกสู่สิ่งแวดล้อม พวกมันยังถูกทำลายโดยปฏิกิริยาทางเคมีที่เกิดขึ้นเอง - ซึ่งเกิดขึ้นแม้ในเซลล์ที่มีชีวิต เซลล์ที่มีชีวิตสามารถตรวจจับการกลายพันธุ์ที่เกิดขึ้นเองเหล่านี้ส่วนใหญ่ซ่อมแซมและรักษาข้อมูลทางพันธุกรรมที่ยังคงอยู่ซึ่งจะช่วยให้พวกเขามีชีวิตอยู่ อย่างไรก็ตาม DNA หรือ RNA จากสิ่งมีชีวิตที่ตายแล้วไม่ได้รับการซ่อมแซม”

“ ลำดับ DNA หรือ RNA ที่ค่อนข้างสมบูรณ์อาจถูกเก็บรักษาไว้ในแหล่งอาศัยใต้พื้นดินในช่วงระยะเวลาหลายพันปีหรือบางครั้งอาจใช้เวลาสองสามล้านปี แต่อาจไม่เกินนั้น ดูเหมือนว่าไม่น่าเป็นไปได้ที่เราจะสามารถกู้คืนลำดับยีนที่สมบูรณ์จากสิ่งมีชีวิตที่เก่าแก่ที่สุดของโลกในชีวภาคลึก”

UT: DCO ได้ทำการค้นพบที่น่าทึ่ง ถัดไปสำหรับ DCO คืออะไรและคุณคิดว่าจะเป็นทิศทางสำหรับการวิจัยในอนาคตสู่ชีวมณฑลลึก

ML:“ ระยะเวลาการระดมทุนของ DCO ผ่านมูลนิธิอัลเฟรดพีสโลนกำลังจะสิ้นสุดลงในฤดูใบไม้ร่วงปี 2562 การประชุมใหญ่ครั้งสุดท้ายจะจัดขึ้นที่ National Academy of Sciences ในวอชิงตันดีซีในเดือนตุลาคมปีหน้าซึ่งเป็นเวลา 10 ปีของ DCO จะมีการเฉลิมฉลองและทิศทางในอนาคตสำหรับวิทยาศาสตร์ที่เกี่ยวข้องกับคาร์บอนจะได้รับการสำรวจ”

“ มีการพูดคุยกันหลายครั้งในหมู่นักวิทยาศาสตร์ DCO เกี่ยวกับวิธีการรักษาชุมชนนักฟิสิกส์ธรณีฟิสิกส์นักธรณีวิทยานักธรณีวิทยาและนักจุลชีววิทยา หนึ่งในกิจกรรมที่จะพาเรามาพบกันคือการประชุม Gordon Research ในหัวข้อ“ Deep Carbon Science” ซึ่งจัดขึ้นเป็นครั้งแรกในฤดูร้อนปี 2018 และเนื่องจากความสำเร็จที่ยิ่งใหญ่ - มีกำหนดจะเกิดขึ้นทุกสองปีนับจากนี้เป็นต้นไป ”

“ ทิศทางสำคัญอย่างหนึ่งคือความสำคัญของการเกิดแผ่นดินไหวในการสนับสนุนชีวมณฑลลึก แผ่นดินไหวสร้างที่อยู่อาศัยใหม่สำหรับเชื้อจุลินทรีย์โดยการทำให้เปลือกโลกแตกและทำให้จุลินทรีย์สามารถแตกหักเหล่านี้และเข้าถึงแหล่งพลังงานจากหินเช่นเหล็กที่ลดลง แผ่นดินไหวยังปั๊มของเหลวที่มีแหล่งกำเนิดลึกซึ่งอุดมไปด้วยสารตั้งต้นของพลังงานจากจุลินทรีย์เช่นไฮโดรเจนหรือมีเธนจากการตกแต่งภายในของโลกที่ไม่เอื้ออำนวยต่อการตื้นเขินเขตที่อยู่อาศัยและอาจช่วยให้ชีวิตที่ลึก ”

UT: คุณคิดว่าอะไรเป็นการค้นพบที่น่าตื่นเต้นที่สุดที่มาจาก DCO?

“ …หน้าต่างแห่งโอกาสสำหรับการค้นพบทางวิทยาศาสตร์ขั้นพื้นฐานเกี่ยวกับวัฏจักรคาร์บอนของโลกยังมีอยู่มากมาย” - Dr. Mark Lever, DCO

“ สำหรับฉันการค้นพบที่น่าตื่นเต้นที่สุดคือบางทีการไหลของก๊าซคาร์บอนไดออกไซด์ของ CO2 สู่ชั้นบรรยากาศนั้นสูงกว่าที่เคยคิดไว้สองเท่า การค้นพบนี้ - พร้อมกับคนอื่น ๆ อีกมากมายโดย DCO - แสดงให้เห็นว่าแบบจำลองที่มีอยู่ของวัฏจักรคาร์บอนโดยเฉพาะอย่างยิ่งในส่วนที่เกี่ยวกับการแลกเปลี่ยนคาร์บอนระหว่างพื้นผิวและโลกใต้ผิวดินยังคงอยู่ระหว่างดำเนินการ ดังนั้นหน้าต่างแห่งโอกาสสำหรับการค้นพบทางวิทยาศาสตร์ขั้นพื้นฐานเกี่ยวกับวัฏจักรคาร์บอนของโลกยังคงกว้างใหญ่”