מדענים עם מצפה הכוכבים העמוק משנים את הבנתנו את החיים בעומק כדור הארץ, ואולי גם על עולמות אחרים. תגליותיהם מצביעות על כך שחיים רבים עשויים להתקיים מתחת לפני השטח של כוכבי לכת וירחים אחרים, אפילו כאשר הטמפרטורות קיצוניות, ואנרגיה וחומרים מזינים הם נדירים. הם גילו כי כל החיים המוחבאים בכדור הארץ העמוק מכילים מאות פעמים יותר פחמן מכל האנושות, ושהביוספרה העמוקה היא כמעט פי שניים מנפח האוקיינוסים של כדור הארץ.
"מודלים קיימים של מחזור הפחמן ... הם עדיין עבודה." - ד"ר מארק ליבר, ועדת ההיגוי של קהילת עמוק החיים ב- DCO. "
המת"ק אינו מתקן, אלא קבוצה של למעלה מאלף מדענים מ 52 מדינות, כולל גיאולוגים, כימאים, פיסיקאים וביולוגים. הם מתקרבים לסוף פרויקט של 10 שנים לחקור כיצד מחזור הפחמן העמוק משפיע על כדור הארץ. 90% מהפחמן בכדור הארץ נמצא בתוך כדור הארץ, והמת"ק הוא המאמץ הראשון שלנו להבין זאת באמת.
המת"ק הוא מאמץ עולמי. צוותים של מדענים בחנו כמה מהמוקשים העמוקים ביותר בכדור הארץ, נקדחו עמוק יותר בקרקעית האוקיינוס מאי פעם, ובחנו הרי געש במאמציהם להבין את מחזור הפחמן העמוק של כדור הארץ. והם עדיין לא גמורים.
הם גילו עולם תת-קרקעי מוזר שמחזיק פי 245-385 פחמן פי כמה מכל האנושות. על פי נתוני ה- DCO, 70% מחיידקי כדור הארץ והארכיאה חיים מתחת לאדמה, והם קיימים בתחתית העמוקה ביותר הידועה. וחלקם הם זומבים.
חלקם קיימים בסביבות דלות אנרגיה וחומרים מזינים במיוחד. הם בקושי צומחים בכלל, ומבלים את המשאבים הזמינים שלהם על תחזוקה של עצמם ולא על רבייה. חיידקי "זומבי" אלה עשויים לחיות במשך מיליוני שנים מבלי להתרבות, תגלית מדהימה עם השלכות על תולדות החיים על כדור הארץ, ועל קיומם של חיים על עולמות אחרים.
לבחינה מעמיקה יותר של עבודתו של המת"ק שוחחתי עם ד"ר מארק ליבר, גיאומיקרוביולוג ופרופסור במכון הטכנולוגי השוויצרי בציריך. ד"ר ליבר נמצא גם בוועדת ההיגוי של קהילת ה- Deep Life בקהילה, והוא נותן לנו תובנה רבה יותר על עבודתה של המת"ק, מה צופן העתיד ומה ההשלכות על חיפוש החיים.
להלן קטעים מתוך ראיון בדוא"ל עם ד"ר ליבר שדן במחזור הפחמן העמוק ובחיים בעומק כדור הארץ.
UT: אני יודע שמדענים לא ששים לשער יותר מדי, מסיבה טובה. אך מגזין החלל הוא בעיקר אתר מדעי החלל, ואני יודע שקוראינו יתפלאו כיצד הידע הזה קשור לחיפוש החיים במערכת השמש שלנו. מאדים? ירחי קרח? עולמות אחרים?
ML: "דיברו רבות על השימוש בתובנות הבסיסיות שנצברו מחקר מחזור הפחמן העמוק של כדור הארץ כדי לחקור את יכולת ההימור ואת אופני הפחמן בכוכבי לכת וירחים פלנטריים אחרים במערכת השמש שלנו. בדומה לכוכב האדמה, שיש לו ביוספרה עשירה ורחבה בסלע התת-קרקעי והסביבות המשקעיות שלו, לכוכבי הלכת הללו וירחיםיהם עשויה להיות ביוספרה פורה ומגוונת מתחת למשטחים הבלתי-מיושבים שלהם לעיתים קרובות. "
"... כוכב הלכת שלנו עשוי להתברר כ ... קרקע הבדיקה המושלמת לטכנולוגיות שיאפשרו גילוי ומחקר מפורט של החיים במקום אחר במערכת השמש שלנו ומחוצה לה." - ד"ר מארק ליבר.
"רבות מהטכנולוגיות המשמשות לחקירת חיים עמוקים בכדור הארץ, כולל טכנולוגיות הקידוח המספקות גישה לדגימות נטולות זיהום מקילומטרים מתחת לקרקעית הים או מתחת לתצורות קרח עמוקות באנטארקטיקה, וכלי ניטור אוטומטיים מתוחכמים שפותחו. , יהיה חיוני לבחינת המערכות החוצניות האלה. "
"הכוכב שלנו עשוי להתברר שהוא - בחלקו בחסות ה- DCO - מגרש הבדיקה המושלם לטכנולוגיות שיאפשר גילוי ומחקר מפורט של חיים במקום אחר במערכת השמש שלנו ומחוצה לה."
"אני גם חושב שהתובנות המדעיות רלוונטיות למציאת וגילוי החיים בכוכבי לכת אחרים. אחד ממוקדי המחקר העיקריים של מצפה הכוכבים העמוק הוא זיהוי גבולות החיים - ורכיבה על פחמן ביולוגי - על כדור הארץ. אילו משתנים קובעים היכן חיים יכולים או לא יכולים להתקיים על כדור הארץ? הלם אברט טבע את המונח "שוליים ביוטיים" בצורה מתאימה כדי לתאר את אותו גבול דמיוני בתנאים סביבתיים המפריד בין האוכלוסייה לבין הלא-מיושב. "
"פנים כדור הארץ הוא מקום מבטיח מאוד לחקור את השוליים הביוטיים הזה, בגלל הטווח העצום בתנאים מבחינת טמפרטורה, pH, לחץ, חלל נקבוביות, ריכוזי תזונה וזמינות אנרגיה שניתן למצוא שם. כמה משלחות (DCO) הצליחו להתעמק בתצורות משקעים וסלעים עמוקים והצליחו לתעד כיצד הביומסה ושפע החיים פוחתות בהדרגה עד שהחיים קרובים או מתחת לגבול הגילוי. "
"אם חיים בגופים מחוץ לכדור הארץ חולקים ביוכימיה זהה או דומה לחיים על כדור הארץ, אז ההבנה של מה שולטת ומגבילה את התפלגות החיים על כדור הארץ עשויה להיות רלוונטית לגופים אחרים אלה מחוץ לארץ."
"מבחינת גופים פלנטריים שהתחלנו לחקור בפירוט רב יותר, גודל המדגם הנוכחי שלנו הוא 1. עד כמה הפרשנויות שלנו נכונות או אפילו אוניברסליות ניתן לקבוע רק על ידי לימוד גופים פלנטריים נוספים מעבר לזה שאנחנו חיים כיום. על. "
UT: האם הידע החדש הזה על מחזור הפחמן של כדור הארץ ועל הביוספרה העמוקה ישפיע על ההבנה שלנו לגבי שינויי האקלים, לא רק עכשיו אלא בעבר העמוק יותר?
ML: "מטרת מחזור הפחמן העמוק הייתה לשפר את ההבנה הבסיסית של מחזור הפחמן מאז היווצרות כדור הארץ. מרבית מחקר זה רלוונטי ביסודו לשינויי אקלים עכשוויים ובעבר בכך שהוא תורם להבנה טובה יותר של הגורמים השולטים על חילופי הפחמן בין "עולם השטח" - האווירה, ההידרוספרה והשכבה החיצונית ביותר של הליטוספירה - לבין "תת-קרקע עמוקה", כלומר רוב כדור הארץ השוכן בכל מקום בין כמה מטרים לאלפי קילומטרים מתחת לשכבה החיצונית ביותר של הליטוספירה. "
"אפילו השינויים הקלים ביותר בחילופי הפחמן בין פני השטח לעולם התת קרקעי היו בעלי השלכות דרמטיות על האקלים של כדור הארץ - בכל עת לאורך ההיסטוריה שלו." - ד"ר מארק ליבר.
"הבנת חילופי דברים אלה חשובה ביותר להבנת שינויי אקלים בעבר, עכשווי ובעתיד, מכיוון שכמות הפחמן הקיימת ב"עולם השטח" היא ככל הנראה רק עשרת אלפים מתוך כמות הפחמן שנמצאת בשקעים תת-קרקעיים ברחבי העולם, ואולי רק מאה מיליון מתוך כמות הפחמן שנמצאת בקרום כדור הארץ ובמעטפת העליונה. "
"אפילו השינויים הקלים ביותר בחילופי הפחמן בין פני השטח לעולם התת קרקעי היו בעלי השלכות דרמטיות על האקלים של כדור הארץ - בכל עת לאורך ההיסטוריה שלו."
UT: האם הביוספרה העמוקה הייתה יכולה למלא תפקיד בהתאוששות כדור הארץ מאירועי הכחדה כמו ההכחדה הפרמית-טריאטית? זו שאלה ענקית, אבל האם יש דרך להבין את הביוספרה העמוקה בעבר ואיך זה עשוי להשתנות עם הזמן?
מל"ט: "הקשר הישיר ביותר שאני יכול לראות להכחדה פרמית-טריאטית הולך לכיוון השני: ישנן עדויות לכך שבערך באותה תקופה, בין אם זה קשור להשפעות מטאוריות גדולות ובין אם לא, חלה עלייה בשחרור מתאן מ מתאן מתייבש, כלומר "קרח מתאן" הנוצר בטמפרטורה נמוכה ובלחץ גבוה בקומת הקרקע. "
"מרבית המתאן והמתן הידראט, שנמצא בקרקעית הים מיוצר ככל הנראה על ידי מיקרואורגניזמים החיים מטרים עד מאות מטרים מתחת לפני הקרקע. השחרור הפתאומי של כמויות אדירות של מתאן גז החממה העוצמתי, המיוצר באופן כללי על ידי מיקרואורגניזמים מהביוספרה העמוקה, עשוי לתרום להכחדה הפרמית-טריאטית. "
"ישנם מיקרואורגניזמים באוקיינוסים שאוכלים מתאן ונושמים חמצן. כשכמות המתאן המומס גדלה, ייתכן שמיקרו-אורגניזמים אלו השתמשו בכל החמצן המומס בחלקים של האוקיאנוסים ותרמו להכחדתם של בעלי חיים ימיים רבים הזקוקים לחמצן מומס בכדי לנשום ולשרוד. "
UT: אני ממשיך לחשוב על הביוספרה העמוקה כסוג של "קמרון" לחומר גנטי ארצי, סוג של שמירה שלא בכוונה. האם אתה חושב שיש דיוק ברעיון הזה?
ML: "אני מאוד אוהב את המושג" כספת ", וחושב שזה הגיוני מכיוון שסוגי סביבה מסוימים בפנים כדור הארץ, למשל סלעים אולטרה-אמפיים, קרום בזלת, נותרו ככל הנראה דומים מאז מקור החיים לפני כארבעה מיליארד שנה. "
רעיון "הכספת" המיקרוביאלית חל ככל הנראה בעיקר על אורגניזמים חיים, שיש להם מנגנונים לתיקון המידע הגנטי שלהם, כלומר DNA ו- RNA. "
"נראה שלא סביר שנצליח אי פעם לשחזר רצפי גנים שלמים מהיצורים החיים הקדומים ביותר בכדור הארץ בביוספרה העמוקה." - ד"ר מרק ליבר, מת"ק.
DNA ו- RNA הם מקורות אנרגיה וחומרים תזונתיים מצוינים למיקרואורגניזמים רבים, והם מושבעים במהירות על ידי אלה אם הם משתחררים לסביבה. הם נהרסים גם על ידי תגובות כימיות ספונטניות - המתרחשות אפילו בתוך תאים חיים. תאים חיים יכולים לזהות את מרבית המוטציות הספונטניות הללו, לתקן אותם ובכך לשמור על מידע גנטי שלם המאפשר להם להישאר בחיים. DNA או RNA מאורגניזמים מתים, עם זאת, לא מתוקנים. "
כמויות קטנות של רצפי DNA או RNA שלמים יחסית עשויים להישמר בבתי גידול מתחת לפני האדמה לאורך תקופות של אלפי שנים, או לפעמים כמה מיליוני שנים, אך ייתכן שלא מעבר לזה. נראה שלא סביר שנצליח אי פעם לשחזר רצפי גנים שלמים מהיצורים החיים הקדומים ביותר בכדור הארץ בביוספרה העמוקה. "
UT: המת"ק גילה כמה תגליות מדהימות. מה הבא למת"ק, ומה לדעתך יהיה הכיוון למחקר עתידי בביוספרה העמוקה?
ML: "תקופת המימון של ה- DCO דרך קרן אלפרד פ. סלואן מסתיימת בסתיו 2019. כנס גמר גדול יתקיים באקדמיה הלאומית למדעים בוושינגטון די.סי. באוקטובר הבא, בו יתקיימו 10 שנות קיומה של מת"ק. נחגג, ונבחן הוראות עתידיות למדע עמוק בנושא פחמן. "
"ישנם דיונים רבים בקרב מדעני מת"ק בנושא דרכים לתחזק את הקהילה הבינתחומית המגוונת הזו של גאופיזיקאים, גיאולוגים, גיאוכימיסטים ומיקרוביולוגים. אירוע אחד שיימשיך להפגיש אותנו הוא ועידת המחקר של גורדון הנושאת "מדע הפחמן העמוק", שהתקיימה לראשונה בקיץ 2018, והיא - בשל הצלחתה הרבה - אמורה להתרחש אחת לשנתיים מעכשיו. "
כיוון חשוב אחד הוא חשיבותם של רעידות אדמה בתמיכה בביוספרה העמוקה. רעידות אדמה מייצרות בית גידול חדש למיקרואורגניזמים על ידי שבר של קרום כדור הארץ ומאפשרות למיקרובים להתיישב בשברים אלה ולגשת למקורות אנרגיה שמקורם בסלע, כמו ברזל מופחת. רעידות אדמה גם משאבות נוזלים שמקורם עמוק ועשירים במצעים אנרגיים של חיידקים, כמו מימן או מתאן, מחלקה הפנימי של כדור הארץ לאזורים רדודים יותר וניתנים למגורים, ובכך עלולים לאפשר לחיים עמוקים להתפשט על מחזורי בום וחזה באזורים פעילים מבחינה סיסמית. "
UT: מה אתה חושב באופן אישי הגילוי המרגש ביותר שמגיע מהמת"ק?
"... חלון ההזדמנויות לתגליות מדעיות בסיסיות ביחס למחזור הפחמן של כדור הארץ נותר עצום." - ד"ר מארק ליבר, מת"ק.
"בעיניי הממצא המרגש ביותר הוא אולי שהשטף הוולקני של CO2 לאטמוספרה גבוה פי שניים ממה שחשבו בעבר. ממצא זה - יחד עם רבים אחרים של ה- DCO - מראה כיצד מודלים קיימים של מחזור הפחמן, בפרט ביחס לחילופי פחמן בין פני השטח ועולם הקרקע, הם עדיין עבודה. כתוצאה מכך חלון ההזדמנויות לתגליות מדעיות בסיסיות הנוגעות למחזור הפחמן של כדור הארץ נותר עצום. "
- אתר מצפה הפחמן העמוק
- אתר המרכז לחקירות ביולוגיות באנרגיה כהה
- הודעה לעיתונות של DCO: חיים בעומק האדמה מסתכמים ב -15 עד 23 מיליארד טונות פחמן - מאות פעמים יותר מבני אדם
