Aż do początku lat 90. nikt nie podejrzewał, jak aktywne może być życie mieszkańców głębin ziemi. Naukowcy są teraz przekonani, że mikroby żyjące pod ziemią mogły pomóc w kształtowaniu kontynentów, uwalnianiu tlenu i ożywianiu życia, jakie znamy. Atlantic Magazine bada, jak badanie tych mikroorganizmów na naszej planecie może pomóc w wykrywaniu życia w kosmosie, na przykład na Marsie.
Żyją tysiące metrów pod powierzchnią Ziemi. Żywią się wodorem i wydzielają metan. I są w stanie zmienić nasz świat bardziej fundamentalnie, niż możemy sobie wyobrazić.
Alexis Templeton wspomina 12 stycznia 2014 r. Jako dzień, w którym wybuchła woda. Butelka ze szkła Pyrex, która była szczelnie zamknięta i wypełniona wodą, eksplodowała jak balon.
Templeton prowadził swojego Land Cruisera po wyboistej i kamienistej powierzchni doliny Wadi Lawayni, szerokim pasmem przecinającym góry Omanu. Zaparkowała samochód na betonowej platformie z widokiem na miejsce, gdzie niedawno wywiercono studnię. Templeton otworzył pokrywę tej studni i opuścił butelkę w jej mroczne głębiny, mając nadzieję na pobranie próbek wody z głębokości około 260 metrów.
Dolina Wadi Lavaini otoczona jest przez skaliste szczyty w kolorze czekoladowo-brązowym, skały te są twarde jak ceramika, ale są zaokrąglone i opadające, bardziej jak starożytne cegły z błota. Ten fragment wnętrza Ziemi, wielkości stanu Wirginia Zachodnia, został wyparty na powierzchnię przez zderzenie płyt tektonicznych miliony lat temu. Te egzotyczne skały - reprezentują anomalie na powierzchni Ziemi - sprawiły, że Templeton przybył do Omanu.
Wkrótce po tym, jak wyjęła butelkę z wodą z głębi studni, pękła pod wpływem wewnętrznego ciśnienia. Woda bryzgała ze szczelin i skwierczała jak woda sodowa. Gaz, który wybuchł w jej wnętrzu, nie był dwutlenkiem węgla, jak w napojach bezalkoholowych, ale wodorem, gazem palnym.
Templeton jest geobiologiem na University of Colorado w Boulder i ten gaz ma dla niej szczególne znaczenie. „Organizmy kochają wodór” - mówi. Oznacza to, że uwielbiają to jeść. Sam wodór nie może być uważany za dowód życia. Sugeruje jednak, że skały pod powierzchnią Ziemi mogą być dokładnie tam, gdzie życie może się rozwijać.
Templeton jest jednym z coraz większej liczby naukowców, którzy uważają, że głębiny Ziemi są wypełnione życiem. Według niektórych szacunków ta niezbadana część biosfery może zawierać od jednej dziesiątej do połowy całej żywej materii na Ziemi.
Film promocyjny:
Naukowcy odkryli mikroby zamieszkujące granitowe skały na głębokości około dwóch kilometrów (6000 stóp) w Górach Skalistych, a także w morskich skałach osadowych z czasów dinozaurów. Znaleźli nawet maleńkie żywe stworzenia - robaki, które wyglądają jak stawonogi krewetkowe, wrotki fiszbinowe - w kopalniach złota w Południowej Afryce na głębokości 340 metrów (11 tysięcy stóp).
My, ludzie, mamy skłonność do postrzegania świata jako litej skały pokrytej cienką warstwą życia. Jednak dla naukowców, takich jak Templeton, planeta wygląda bardziej jak krąg sera, którego gęste krawędzie są nieustannie niszczone przez namnażające się mikroby żyjące w jej głębi. Te stworzenia jedzą z tych źródeł, które wydają się nie tylko niejadalne, ale i niematerialne - mówimy o rozpadzie atomowym pierwiastków radioaktywnych, o procesie, który zachodzi w wyniku naporu skał zatapiających się w głębinach Ziemi i ich rozkładu, a nawet trzęsienia ziemi.
Templeton przybył do Omanu, aby znaleźć ukryte oazy życia. Skwierczenie wodoru w 2014 roku było ważnym dowodem na to, że była na dobrej drodze. Dlatego Templeton i jej koledzy wrócili do Omanu w styczniu ubiegłego roku, aby wywiercić studnię na głębokość 400 metrów (1300 stóp) i spróbować znaleźć mieszkańców tych głębin.
Pewnego gorącego zimowego wieczoru przeszywający dźwięk rozległ się po spalonych słońcem obszarach doliny Wadi Lavaina. Niemal pośrodku tej doliny pojawił się buldożer. A przed nim znajdował się wał wiertniczy, który mógł obracać się z prędkością kilku obrotów na minutę.
Pół tuzina ludzi w kaskach - głównie hinduskich robotników zatrudnionych przez lokalną firmę - obsługiwało platformę. Templeton i pół tuzina innych naukowców i doktorantów stało kilka metrów dalej, w cieniu baldachimu kołyszącego się na delikatnym wietrze. Wszyscy, pochylając się nad stołami, badali próbki skał, które robotnicy przynosili na górę mniej więcej co godzinę.
Ta platforma działała przez cały dzień, a nadchodzące próbki gleby zmieniały kolor wraz ze wzrostem głębokości. Pierwsze kilka metrów skały miało pomarańczowy lub żółty odcień, co wskazywało, że tlen z powierzchni zmienił żelazo zawarte w skale w rdzawe minerały. Na głębokości 20 metrów zniknęły ślady tlenu, kamienie pociemniały do zielonkawo-różowego koloru z czarnymi żyłkami.
- Piękny kamień - powiedział Templeton, gładząc powierzchnię dłonią w lateksowej rękawiczce. Jej gogle były uniesione i spoczywały na prostych ciemnoblond włosach, odsłaniając policzki, które pociemniały od lat pracy na statkach, na tropikalnych wyspach, na szerokościach Arktyki i gdzie indziej. „Mam nadzieję, że zobaczę więcej tego rodzaju materiałów” - powiedziała.
Ten zielonkawo-czarny kamień dał jej przebłysk czegoś, co jest prawie niemożliwe do zobaczenia w innym miejscu na naszej planecie.
Te próbki skał, sprowadzone na powierzchnię z dużych głębokości, okazały się bogate w żelazo - żelazo w postaci minerałów, które z reguły nie przeżywają na powierzchni Ziemi. To podziemne żelazo jest tak reaktywne chemicznie, że ma tendencję do łączenia się z tlenem w takim stopniu, że kiedy wchodzi w kontakt z wodą podziemną, cząsteczki wody pękają. Wyciąga tlen z wody i pozostawia wodór.
Geolodzy nazywają ten proces „serpentynizacją” ze względu na faliste ślady czarnych, zielonych i białych minerałów, które pozostawia. Serpentynizacja występuje zwykle w miejscach niedostępnych dla człowieka, w tym na głębokości kilku tysięcy metrów pod dnem Oceanu Atlantyckiego.
A tutaj, w Omanie, skały znajdujące się w głębi ziemi zbliżają się tak blisko powierzchni, że serpentynizacja następuje zaledwie kilkaset metrów pod stopami. Wodór, który rozerwał butelkę z wodą Tempelton w 2014 roku, był małym przykładem procesu serpentynizacji; studnia wodna odwiercona kilka lat temu w tym rejonie wyprodukowała tyle wodoru, że groziła nawet eksplozja, w wyniku czego rząd został zmuszony do pilnego wybetonowania.
Wodór to specjalna substancja. Został użyty jako jeden z paliw napędowych do wystrzelenia statku kosmicznego i wahadłowców Apollo na orbitę i jest jednym z najbardziej nasyconych energetycznie pierwiastków występujących naturalnie na Ziemi. To sprawia, że jest to ważny pokarm dla drobnoustrojów występujących pod powierzchnią Ziemi.
Fragmenty skał przeznaczone do badań geologicznych.
W sumie mikroby żyjące pod górami we wschodnim Omanie mogą każdego roku zużywać tony wodoru, co powoduje powolne i kontrolowane spalanie gazu, precyzyjnie kontrolowane przez enzymy wewnątrz ich wypełnionych wodą komórek.
Jednak wodór jest tylko połową równania na całe życie - aby wyprodukować energię z wodoru, drobnoustroje potrzebują czegoś innego, aby go spalić, tak jak ludzkość jest zmuszona oddychać tlenem w celu przetwarzania żywności. Głównym zadaniem Templetona jest właśnie zrozumienie, czym „oddychają” mikroby na takiej głębokości pod Ziemią, gdzie nie ma tlenu.
O drugiej po południu poobijana furgonetka jedzie na miejsce wiercenia po zakurzonej i błotnistej drodze. Za nim - dokładnie jeden po drugim - sześć wielbłądów, których głowy kołyszą się na wietrze. To miejscowe zwierzęta, przywiązane krótkimi smyczami i zmierzające na nowe pastwisko położone gdzieś w tej dolinie.
Templeton, zapominając o wielbłądach, nagle krzyknął, nie ukrywając podniecenia: „Złoto!” Wskazała na próbkę gleby na stole, a także niewielką grupę kryształków żółtego metalu. Ich sześcienny kształt pomógł zrozumieć jej mały żart: te kryształy nie były prawdziwym złotem, ale złotem głupców, zwanym także pirytem żelaznym.
Piryt żelazowy składa się z żelaza i siarki i jest to jeden z minerałów nazywany także „biogenem”: jego powstawanie jest czasami związane z aktywnością drobnoustrojów. Same kryształy mogą powstać z odpadów, które komórki drobnoustrojów „wydychają”. Dlatego piryt może być produktem ubocznym metabolizmu drobnoustrojów, co Templeton nazywa „pięknym”.
Po powrocie do domu w Kolorado poświęci tym kryształom taką samą uwagę, jaką archeolog poświęciłby stosowi starożytnych rzymskich śmieci. Potnie je na przezroczyste kawałki i obejrzy pod mikroskopem. Jeśli piryt jest w rzeczywistości produktem żywych komórek, to mikroby „prawdopodobnie mogą być zakopane w minerałach”. Ma nadzieję, że odnajdzie ich skamieniałe ciała.
Aż do początku lat 90. nikt nie podejrzewał, jak aktywne może być życie mieszkańców głębin ziemi. Pierwszy dowód znaleziono w skale pod dnem morskim.
Geolodzy od dawna zauważyli, że gazy wulkaniczne znalezione w ciemnych skałach bazaltowych znajdują się tysiące metrów pod dnem morskim, które często ma mikroskopijne zagłębienia i tunele. „Nie mieliśmy pojęcia, że może to być biologiczne” - mówi Hubert Staudigel, wulkanolog z Scripps Institute of Oceanography w La Jolla w Kalifornii.
W 1992 roku młody naukowiec Ingunn Thorseth z Uniwersytetu w Bergen w Norwegii zasugerował, że te zagłębienia są geologicznym odpowiednikiem próchnicy zębów - drobnoustroje osadzają je w szkle wulkanicznym, zużywając atomy żelaza. W rzeczywistości Thorset odkrył, co można pomylić z martwymi komórkami w tych zagłębieniach skał zebranych trzy tysiące stóp pod dnem morza.
Kiedy te odkrycia zostały opublikowane, Templeton nie pracował jeszcze w tej dziedzinie. Tytuł magistra geochemii uzyskała w 1996 r., A następnie rozpoczęła pracę w Lawrence Berkeley National Laboratory w Kalifornii, gdzie badała, jak szybko mikroby zjadają paliwo lotnicze znajdujące się na ziemi w byłej bazie marynarki wojennej USA. Kilka lat później, w ramach swojej pracy doktorskiej na Uniwersytecie Stanforda, badała, w jaki sposób drobnoustroje podziemne metabolizują ołów, arsen i inne zanieczyszczenia podczas metabolizmu.
W 2002 r. Przeniosła się do Scripps Lab, aby pracować z profesorem biologii, Bradleyem Tebo i Staudigelem, aby zbadać podobne problemy, a mianowicie sposób życia drobnoustrojów w żelazie i innych metalach w szkle bazaltowym znajdującym się w dnie morskim.
W listopadzie tego roku, na tylnym pokładzie statku badawczego na środku Oceanu Spokojnego, wdrapała się przez właz do łodzi podwodnej wielkości samochodu Ryby-IV i zanurzyła się w dnie morskim. Terry Kerby, pilot laboratorium badawczego dna morskiego na Hawajach, skierował statek w kierunku południowego zbocza Loihi Seamount, podwodnego wulkanu w pobliżu Big Island na Hawajach.
Na wysokości 1700 metrów (5600 stóp) reflektor łodzi podwodnej ledwo oświetlał dziwny podwodny krajobraz - pomieszaną mieszankę czegoś, co wyglądało jak ciasno upakowane worki na śmieci ułożone w bałagan w piramidzie. Te tak zwane bazaltowe poduszki powstały przez wieki, gdy lawa przesiąkająca przez szczeliny zderzyła się z wodą morską, po czym szybko ostygła, zamieniając się w gładkie kamienie. Templeton leżała po jej stronie ławki, drżąc z zimna, patrząc przez grubą szybę, jak Kirby mechanicznym ramieniem odłupuje kawałki bazaltu. Osiem godzin po rozpoczęciu nurkowania na dnie oceanu powrócili na powierzchnię z pięcioma kilogramami skały.
W tym samym roku wraz ze Stuadigelem odwiedzili wulkan Kilauea na Hawajach, mając nadzieję na zebranie wolnego od drobnoustrojów szkła wulkanicznego, które mogliby porównać z próbkami pobranymi z dna oceanu. W ciężkich butach nie doszli do strumienia lawy i przeszli po skamieniałej skorupie, która miała zaledwie kilka cali grubości. Staudigel znalazł jedno miejsce, w którym pomarańczowa stopiona lawa przedarła się przez powstałą zestaloną skorupę. Podniósł kawałek gorącej lawy metalowym prętem - wyglądał jak gorący i lepki miód - i umieścił go w wiadrze z wodą. Woda zagotowała się ze świstem i hałasem, a po chwili lawa stwardniała, zamieniając się w szkło.
W laboratorium Templeton wyizolował dziesiątki szczepów bakterii, które absorbują żelazo i mangan ze skał na dnie morza. Wraz z kolegami ponownie stopiła w piecu sterylne szkło z wulkanu Kilauea, dodała do niego różne ilości żelaza i innych składników odżywczych i wyhodowała z nich szczepy bakterii. Używała najbardziej zaawansowanych technik, w tym promieni rentgenowskich, iz zachwytem obserwowała, jak bakterie przetwarzają minerały.
„Cała moja piwnica była wypełniona bazaltowymi skałami wyniesionymi z dna morza, bo po prostu nie mogłam im odmówić” - powiedziała mi kiedyś, kiedy nie było wiercenia.
Jednak te próbki skał, a także żywiące się nimi bakterie, miały z punktu widzenia Templetona jedną wielką wadę - zostały pobrane z dna morskiego, gdzie woda zawiera już tlen.
Tlen jest częścią wszystkich żywych istot na Ziemi - od mrówników i dżdżownic po meduzę; nasza atmosfera i większość oceanów jest nią wypełniona do redystrybucji. Jednak Ziemia miała tak dużo tlenu tylko przez krótki okres swojej historii. Nawet dzisiaj rozległe obszary biosfery naszej planety nigdy nie spotkały się z tlenem. Wystarczy kilka metrów zanurzyć się w ziemi, a tlenu już nie będzie. W żadnym innym miejscu Układu Słonecznego, w tym na Marsie, gdzie może istnieć życie, nie znajdziesz tlenu.
Podczas gdy Templeton badała głęboką biosferę Ziemi, zainteresowała się również kwestią pochodzenia życia na naszej planecie oraz w innych miejscach Układu Słonecznego. Eksploracja podziemnej przestrzeni może dać wgląd w te oddzielne miejsca i czasy, ale będzie to możliwe tylko wtedy, gdy będzie mogła wejść głębiej, poza zasięg tlenu.
Góry Omanu wydawały się idealnym miejscem do tego rodzaju eksploracji. Ta ogromna masa skał, stopniowo poddawana serpentynizacji, ma w sobie miejsca pozbawione tlenu, a także chemicznie aktywne związki żelaza, które według naukowców znajdują się w głębi Ziemi.
Templeton i kilku innych badaczy zajmujących się głęboką biosferą było zaangażowanych w inny duży projekt, który znajdował się na wczesnych etapach planowania - Oman Drilling Project.
Projekt jest prowadzony przez Petera Kelemena, geologa z Obserwatorium Ziemi Lamont-Doherty w Nowym Jorku. Ma swoją misję - głębokie skały w Omanie oddziałują nie tylko z tlenem i wodą, ale także z dwutlenkiem węgla, jednocześnie wyciskając gaz do atmosfery i zamykając go w minerałach węglanowych - proces ten, jeśli naukowcy go zrozumieją, pomoże ludzkości zredukować emisja dwutlenku węgla do atmosfery.
Kelemen był obecny podczas wiercenia w Wadi Lavaini w styczniu 2018 roku. Był przekonany, że zostaną odkryte dowody życia. Te skały pierwotnie powstały w temperaturach powyżej 980 stopni Celsjusza (1800 stopni Fahrenheita). Szybko się jednak ochłodziły i dziś temperatura w górnej warstwie, która ma około 500 metrów głębokości, wynosi około 30 stopni Celsjusza (90 stopni Fahrenheita). Te skały „nie były wystarczająco gorące, aby zabić wszystkie mikroby od kredy” - ery dinozaurów.
O trzeciej po południu pół tuzina członków załogi zebrało się na platformie wiertniczej na swego rodzaju rytuale, na który wszyscy czekają z wielką uwagą.
Nowa część rdzenia, właśnie wyjęta z wywierconego wału, jest opuszczana na kozioł. Mówimy o kamiennym walcu o wysokości trzech metrów - z grubsza odpowiada on grubością grubemu końcowi kija baseballowego i znajduje się w metalowym walcu.
Pracownicy podnieśli jeden koniec tej rury. Rdzeń wysunął się z niego - wraz z czarną i lepką cieczą. Na ziemię wylało się czarne, gęste błoto. Rdzeń wydobywany z ziemi został całkowicie pokryty tą substancją.
„O mój Boże” - powiedział ktoś. - Łał . Wszyscy dookoła szeptali.
Jeden z pracowników wytarł wyekstrahowany rdzeń, po czym na jego gładkiej i błyszczącej powierzchni zaczęły tworzyć się małe bąbelki, jak we wrzącym oleju. Ta próbka skały, na którą nie wpłynęło ciśnienie, jakiego doświadczyła pod ziemią, na naszych oczach uwolniła z siebie gazy, a jej bąbelki przedostały się przez pory w skale. Zapach ścieków i palącej się gumy zaczął sączyć się w powietrze - zapach, który tam naukowcy natychmiast zidentyfikowali.
„To bardzo żywa skała” - powiedział Templeton.
- Siarkowodór - powiedział Kelemen.
Siarkowodór to gaz, który tworzy się w kanałach ściekowych, w jelitach, a także - teraz oczywiście - pod ziemią w Omanie. Jest produkowany przez mikroby żyjące pod nieobecność tlenu. Pozbawieni tego życiodajnego gazu robią sztuczkę, do której zwierzęta żyjące na powierzchni planety nie są w stanie - zaczynają oddychać czymś innym. Innymi słowy, spalają jedzenie za pomocą innych substancji chemicznych znalezionych pod ziemią.
Część jądra wyniesiona na powierzchnię została przebita paskami pomarańczowo-cynamonowego kamienia - tak zaznaczono miejsca, przez które przed milionami lat gorąca lawa przelewała się przez głębokie pęknięcia na powierzchni ziemi iw tym momencie ta skała znajdowała się we wnętrznościach Ziemi na głębokości kilku kilometrów …
Te ślady skamieniałej magmy stopniowo oddawały swoje składniki chemiczne wodom podziemnym - w tym cząsteczkom zwanym siarczanami, które składają się z jednego atomu siarki związanego z czterema atomami tlenu. Najwyraźniej mikroby wykorzystywały te cząsteczki do trawienia wodoru, powiedział Templeton. „Jedzą wodór i wydychają siarczan”. A potem nadal uwalniają swoje gazy.
Siarkowodór ma nie tylko silny i nieprzyjemny zapach. Jest również toksyczny. Dlatego też mikroorganizmy, które ją wytwarzają, są narażone na zatrucie, ponieważ gromadzą się pod ziemią. Jak udaje im się uniknąć zatrucia? Po raz kolejny kamień dostarcza nam odpowiedzi.
Wiercenie kontynuowano przez kilka następnych dni, ale czarna zawiesina stopniowo znikała. Każdy nowy rdzeń wyniesiony na powierzchnię był suchy i bezwonny. Jednak sama skała się zmieniła - jej żyłkowata mozaika i serpentyna pociemniały, a jej główne odcienie były szare i czarne i zaczęły przypominać kraciastą spódnicę zanurzoną w tuszu.
„Całe to czernienie jest bioproduktem” - powiedział pewnego wieczoru Templeton, kiedy ona i jej kolega Eric Ellison byli w wypełnionej instrumentami przyczepie laboratoryjnej, pakując próbki skał do wysłania do domu. Część kamieni znajdowała się w zapieczętowanych pudełkach z pleksi, a Ellison przesuwał je za pomocą rękawiczek umieszczonych na pudełkach na maszynach - wszystko to sprawiało wrażenie, że w pobranych próbkach skał było coś złowrogiego. Jednak ten środek ostrożności nie miał na celu ochrony osoby; miało to na celu pozbawienie wrażliwych drobnoustrojów kontaktu z tlenem.
Templeton uważał, że to właśnie te mikroby miały wpływ na ostatnie próbki skał - wydychany przez nie siarkowodór reagował ze skałą, tworząc siarczek żelaza, nieszkodliwy czarny minerał. Piryt, który widzieliśmy wcześniej, również składa się z żelaza i siarki i mógł powstać w ten sam sposób.
Te czarne minerały to coś więcej niż tylko akademickie rzadkości. Dają wgląd w to, jak mikroby nie tylko zdołały przetrwać w skorupie ziemskiej, ale były w stanie ją zmienić, a w niektórych przypadkach nawet stworzyć minerały, które nie istnieją gdzie indziej.
Niektóre z najbogatszych złóż żelaza, ołowiu, cynku, miedzi, srebra i innych metali powstały, gdy siarkowodór zderzył się z tymi metalami głęboko pod ziemią. Te siarczki wychwyciły te metale i poprzez koncentrację zamieniły je w minerały, które tworzyły się przez miliony lat - zanim zostały wydobyte na powierzchnię przez górników. Siarkowodór, który utworzył te rudy, był często pochodzenia wulkanicznego, ale w niektórych przypadkach był tworzony przez mikroby.
Robert Hazen, mineralog i astrobiolog z Carnegie Center w Waszyngtonie uważa, że ponad połowa minerałów zawdzięcza swoje istnienie formom życia - korzeniom roślin, koralowcom, okrzemkom, a nawet podziemnym mikrobom. Jest nawet gotów zasugerować, że siedem kontynentów naszej planety zawdzięcza swoje istnienie po części mikrobom, które zjadają skały.
Cztery miliardy lat temu Ziemia nie miała stałego lądu - tylko kilka wulkanicznych szczytów górujących nad oceanem. Jednak mikroby na dnie morskim pomogły zmienić tę sytuację. Zaatakowali złoża bazaltowe w podobny sposób, jak robią to dzisiaj, przekształcając szkło wulkaniczne w minerały ilaste. A po zmiękczeniu ponownie stają się twarde, zamieniając się w nowe skały - w lżejszy i bardziej plastyczny materiał niż reszta planety: granit.
Te lekkie granity zlepiły się i uniosły ponad powierzchnię oceanu, tworząc w ten sposób trwałe kontynenty. Podobno ten proces do pewnego stopnia odbył się bez pomocy drobnoustrojów, ale Hazen uważa, że to one go przyspieszyły. „Można sobie wyobrazić, że mikroby tworzą równowagę” - mówi. „Twierdzimy, że drobnoustroje odegrały fundamentalną rolę”.
Pojawienie się lądu ma znaczący wpływ na ewolucję Ziemi. Skały pod wpływem powietrza zapadały się szybciej, uwalniając do oceanu składniki odżywcze, takie jak molibden, żelazo i fosfor. Te składniki odżywcze sprzyjały rozwojowi glonów fotosyntetycznych, które pochłaniają dwutlenek węgla i uwalniają tlen. Około dwa miliardy lat temu w ziemskiej atmosferze pojawiły się pierwsze ślady tlenu. 550 milionów lat temu poziom tlenu w końcu osiągnął poziom potrzebny do utrzymania prymitywnych zwierząt.
Obfita ilość wody na Ziemi, a także jej optymalne usuwanie ze Słońca uczyniły z niej obiecujący inkubator życia. Jednak jego przemiana w raj dla czujących i oddychających tlenem zwierząt nigdy nie była gwarantowana. Mikroby mogły doprowadzić naszą planetę do niewidzialnego punktu zwrotnego - powstania kontynentów, tlenu i formowania się życia, jakie znamy.
Nawet dziś mikroby nadal tworzą i przekształcają naszą planetę od wewnątrz.
Pod pewnymi względami podziemne drobnoustroje przypominają ludzką cywilizację, w której „miasta” powstają na skrzyżowaniu dróg. W Omanie kwitnąca oaza śmierdzących czarnych drobnoustrojów znajdowała się na głębokości 30 metrów, w pobliżu skrzyżowania kilku dużych pęknięć w skale - są to kanały, które umożliwiły wyciek wodoru i siarczanów z różnych źródeł.
Elisabetta Mariani, geolog strukturalny z Uniwersytetu w Liverpoolu w Anglii, spędziła wiele dni pod namiotem, naprawiając pęknięcia w skałach. Któregoś ranka zadzwoniła do mnie, żeby pokazać mi coś wyjątkowego - rozdarcie, które biegło po przekątnej przez rdzeń, i tam można było zobaczyć dwie skalne powierzchnie poprzecinane warstwami zielono-żółtej serpentyny, cienkiej jak kartka papieru.
"Czy widzisz te koleiny?" - zapytała po angielsku z akcentem zdradzającym jej ojczysty włoski i wskazała na pęknięcia na dwóch wężowych powierzchniach. Zeznali, że nie było to tylko bierne pęknięcie - to czynna usterka. - Dwa bloki skały przesunęły się, dotykając się w tym kierunku - powiedziała, wskazując na koleiny.
Tullis Onstott, geolog z Uniwersytetu Princeton, który nie jest zaangażowany w projekt wiertniczy w Omanie, uważa, że takie czynne pęknięcia mogą nie tylko zapewnić ścieżki przemieszczania się żywności pod ziemią - mogły one również produkować żywność. W listopadzie 2017 roku Onstott i jego koledzy rozpoczęli śmiały eksperyment. Rozpoczęli pracę w tunelu na głębokości 2500 metrów w kopalni złota Moab Khotsong w Południowej Afryce i stamtąd wykonali nowy odwiert w kierunku uskoku, który był głębszy o kolejne 800 metrów. W dniu 5 sierpnia 2014 roku w tym uskoku doszło do trzęsienia ziemi o sile 5,5. Onstott miał nadzieję, że w ten sposób przetestuje prowokacyjną koncepcję, że trzęsienia ziemi mogą zapewnić pożywienie dla głębokiej biosfery.
Naukowcy od dawna zauważyli, że wodór gazowy wycieka z dużych uskoków, takich jak San Andreas w Kalifornii. Część tego gazu jest reakcją chemiczną - minerały krzemianowe, które rozkładają się podczas trzęsienia ziemi, reagują z wodą i uwalniają wodór jako produkt uboczny. W przypadku drobnoustrojów w pobliżu szczeliny tego rodzaju reakcja może prowadzić do czegoś w rodzaju okresowej eksplozji energii związanej z dużym spożyciem cukru.
W marcu 2018 r., Cztery miesiące po rozpoczęciu wiercenia w kopalni Moab-Hotsong, pracownicy wynieśli rdzeń na powierzchnię, który przeciął uskok.
Skała wzdłuż uskoku została „dość mocno zniszczona”, mówi Onstott - na rdzeniu można było zobaczyć kilkanaście równoległych pęknięć. Powierzchnia niektórych z tych pęknięć zamieniła się w kruchą glinę, której smugi wskazywały na niedawne trzęsienia ziemi. Inne pęknięcia były wypełnione żyłkami białego kwarcytu, co oznaczało starsze pęknięcia, które powstały tysiące lat wcześniej.
Onstott poszukuje obecnie skamieniałych komórek w żyłach kwarcytu, a także analizuje skałę pod kątem DNA, mając nadzieję w ten sposób ustalić, które bakterie żyją w tej szczelinie, jeśli w ogóle.
Ponadto on i jego koledzy - i co ważniejsze - zostawili wywiercone otwory otwarte i monitorują wodę, szkło i drobnoustroje w samym uskoku oraz pobierają nowe próbki za każdym razem, gdy występuje drugie trzęsienie ziemi. „W tym przypadku można zobaczyć, czy szkło jest uwalniane, czy nie”, mówi, „a także obserwować, czy w środowisku mikrobiologicznym zachodzą jakiekolwiek zmiany w wyniku zużycia gazu”.
Podczas gdy Onstott czeka na te wyniki, rozważa również bardziej radykalną możliwość: te głęboko osadzone bakterie nie tylko żywią się skutkami trzęsień ziemi, ale mogą je powodować. Jego zdaniem, kiedy drobnoustroje zaczynają atakować żelazo, mangan i inne pierwiastki w minerałach, które pojawiają się wzdłuż linii pęknięć, mogą osłabić skałę - i przygotować te pęknięcia na następną dużą zmianę. Zbadanie tej możliwości wymaga przeprowadzenia eksperymentów laboratoryjnych w celu ustalenia, czy bakterie w tych pęknięciach są rzeczywiście zdolne do rozkładania minerałów na tyle szybko, aby wpłynąć na aktywność sejsmiczną. Z charakterystycznym niedocenianiem znaczenia naukowca, myśli o nadchodzącej pracy: „Jest to na tyle rozsądna hipoteza, aby ją sprawdzić”.
30 stycznia wiertnica w Wadi Lavaini osiągnęła 60 metrów. Jej silniki ryczały w tle, gdy Templeton i jej kolega Eric Boyd siedzieli na krzesłach polowych pod drzewem akacji. Obok nich widniały ślady innych podróżników wypoczywających na tej rzadkiej w okolicy wyspie cieni - odchody wielbłądów, gładkie i okrągłe jak skórzaste śliwki.
„Uważamy, że środowisko ma zasadnicze znaczenie dla zrozumienia pochodzenia życia” - powiedział Boyd, geobiolog z Montana State University w Bozeman. Jego zdaniem to właśnie sprawia, że on i Templeton badają głębokie skały w Omanie. „Kochamy wodór” - mówi.
Zarówno Boyd, jak i Templeton uważają, że życie na Ziemi powstało w środowisku podobnym do tego, które istnieje kilka metrów pod ich składanymi krzesłami. Według nich kolebka życia leży w szczelinach pod powierzchnią Ziemi, w których bogate w żelazo minerały wyciskały z siebie wodór po kontakcie z wodą.
Spośród wszystkich paliw chemicznych, które istniały na Ziemi cztery miliardy lat temu, wodór wydaje się być jednym z najłatwiejszych elementów metabolizmu wczesnych i nieefektywnych komórek. Wodór był nie tylko produkowany przez serpentynizację, ale był również produkowany - tak jak dziś - z radioaktywnego rozpadu pierwiastków, takich jak uran, który nieustannie rozkłada cząsteczki wody w otaczającej skale. Wodór jest tak niestabilny, że ma tendencję do rozkładu tak bardzo, że może zostać strawiony nawet przez łagodne utleniacze, takie jak dwutlenek węgla lub czysta siarka. Badanie DNA milionów sekwencji genów sugeruje, że prekursor życia na Ziemi - „ostatni powszechny wspólny przodek” - mógł używać wodoru jako pożywienia i spalać go dwutlenkiem węgla. Podobnie,można chyba powiedzieć o życiu w innych światach.
Minerały zawierające żelazo w Omanie często znajdują się w Układzie Słonecznym, podobnie jak proces serpentynizacji. Sonda kosmiczna Orbiter, która obecnie krąży wokół Marsa, odkryła serpentynowe minerały na powierzchni Marsa. Sonda Cassini znalazła chemiczne dowody trwającej serpentynizacji głęboko w Enceladusie, pokrytym lodem księżycu Saturna. Minerały podobne do serpentyny znaleziono również na powierzchni Ceres, planety karłowatej, której orbita leży między orbitami Marsa i Jowisza. Serpentyny znaleziono nawet w meteorytach, we fragmentach planet embrionalnych, które istniały 4,5 miliarda lat temu, czyli w momencie narodzin Ziemi, co może oznaczać, że kolebka życia istniała w rzeczywistości przed powstaniem naszej planety.
Wodór - źródło energii dla rodzącego się życia - został znaleziony we wszystkich tych miejscach. Może nadal być produkowany w całym Układzie Słonecznym.
Wnioski Boyda zapierają dech w piersiach.
„Jeśli masz tego rodzaju skały, a temperatura jest porównywalna do tej na Ziemi, a jeśli nadal masz wodę w stanie ciekłym, jak myślisz, jak nieuniknione jest życie?” - pyta. „Osobiście jestem pewien, że to nieuniknione”.
Znalezienie życia będzie wyzwaniem. Dzięki istniejącej technologii statek kosmiczny wysłany na Marsa może wywiercić dziurę zaledwie kilka stóp pod powierzchnią wroga. Te skały powierzchniowe mogą zawierać ślady poprzedniego życia - być może wyschnięte fundamenty komórek marsjańskich uwięzionych w mikroskopijnych tunelach, które przegryzły przez minerały - ale wszelkie żywe mikroby mogą znajdować się na głębokości kilkuset stóp. Templeton próbuje znaleźć ślady minionego życia - a także oddzielić te znaki od tych, na które życie nie miało wpływu - i robi to od momentu, gdy 16 lat temu badała bazaltowe szkło na dnie morza.
„Moim zadaniem jest znajdowanie odcisków biologicznych” - mówi. Używa tych samych narzędzi do badania próbek przywiezionych z Omanu, jak do badania szkła. Fotografuje powierzchnie minerałów promieniami rentgenowskimi, aby zrozumieć, jak mikroby modyfikują minerały. Chce też zrozumieć: czy zostawiają je na miejscu? Czy też je korodują? Badając, które żywe mikroby wchłaniają minerały, ma nadzieję znaleźć wiarygodny sposób na zidentyfikowanie tych samych chemicznych śladów wchłaniania w skałach pozaziemskich, które nie miały żadnych żywych komórek od tysięcy lat.
Pewnego dnia tego rodzaju instrumenty znajdą się na pokładzie łazika. Albo zostaną użyte w badaniu próbek skał przywiezionych z innych światów. W międzyczasie Templeton i jej koledzy nadal mają dużo pracy do wykonania w Omanie - będą musieli dowiedzieć się, co kryje się pod ich stopami w ciemnej, gorącej i ukrytej biosferze.
Douglas Fox