Sotva žijící „zombie“bakterie a další formy života tvoří obrovské množství uhlíku hluboko v podpovrchu Země – 245 až 385krát větší než uhlíková hmota všech lidí na povrchu, podle vědců, kteří se blíží ke konci 10letá mezinárodní spolupráce na odhalení nejniternějších tajemství Země.
V předvečer výročního setkání Americké geofyzikální unie dnes vědci z Deep Carbon Observatory ohlásili několik transformačních objevů, včetně toho, kolik a jaké druhy života existují v hlubokém podpovrchu pod největšími extrémy tlaku, teploty, a nízkou dostupnost živin.
Vrtáním 2,5 kilometru do mořského dna a vzorkováním mikrobů z kontinentálních dolů a vrtů hlubokých více než 5 km vědci použili výsledky ke konstrukci modelů ekosystému hluboko uvnitř planety.
Se současnými poznatky ze stovek míst pod kontinenty a moři se přiblížili velikosti hluboké biosféry – 2 až 2,3 miliardy kubických km (téměř dvojnásobek objemu všech oceánů) – a také uhlíkové hmotnosti hlubokého života: 15 až 23 miliard tun (v průměru nejméně 7,5 tun uhlíku na km 3 podpovrchu).
Práce také pomáhá určit typy mimozemských prostředí, která by mohla podporovat život.
Mezi mnoha klíčovými objevy a poznatky:
- Hluboká biosféra představuje svět, na který lze pohlížet jako na jakési „podzemní Galapágy“a zahrnuje členy všech tří oblastí života: bakterie a archaea (mikrobi bez jádra vázaného na membránu) a eukarya (mikrobi nebo mnohobuněčné organismy s buňkami, které obsahují jádro i organely vázané na membránu)
- Dva typy mikrobů – bakterie a archaea – dominují v Deep Earth. Mezi nimi jsou miliony odlišných typů, z nichž většina dosud nebyla objevena nebo charakterizována. Tato takzvaná mikrobiální „temná hmota“dramaticky rozšiřuje náš pohled na strom života. Vědci z Deep Life říkají, že asi 70 % bakterií a archaeí na Zemi žije v podpovrchu
- Hluboké mikroby se často velmi liší od jejich povrchových příbuzných, s životními cykly na téměř geologických časových úsecích, v některých případech se stravují pouze energií z hornin
- Genetická diverzita života pod povrchem je srovnatelná nebo přesahuje tu nad povrchem
- Zatímco podpovrchová mikrobiální společenstva se v různých prostředích značně liší, určité rody a vyšší taxonomické skupiny jsou všudypřítomné – vypadají celoplanetární
- Bohatství mikrobiální komunity souvisí se stářím mořských sedimentů, kde se nacházejí buňky – což naznačuje, že ve starších sedimentech se energie potravy v průběhu času snižovala, což snižuje mikrobiální komunitu
- Absolutní limity života na Zemi, pokud jde o teplotu, tlak a dostupnost energie, ještě nebyly nalezeny. Rekordy se neustále lámou. Průkopníkem nejžhavějšího organismu Země v přírodním světě je Geogemma barossii, jednobuněčný organismus, který prosperuje v hydrotermálních průduchech na mořském dně. Jeho buňky, drobné mikroskopické kuličky, rostou a replikují se při teplotě 121 stupňů Celsia (o 21 stupňů vyšší než je bod varu vody). Mikrobiální život může přežít až 122 °C, což je rekord dosažený v laboratorní kultuře (pro srovnání, rekordní nejteplejší místo na zemském povrchu, v neobydlené íránské poušti, má asi 71 °C – teplota dobře propečeného steaku)
- Rekordní hloubka, ve které byl život nalezen v kontinentálním podpovrchu, je přibližně 5 km; rekord v mořských vodách je 10,5 km od hladiny oceánu, což je hloubka extrémního tlaku; například v hloubce 4000 metrů je tlak přibližně 400krát větší než na hladině moře
- Vědci lépe rozumí dopadu na život v podpovrchových lokalitách manipulovaných lidmi (např. frakované břidlice, zachycování a ukládání uhlíku)
Stále se zvyšující přesnost a klesající náklady na sekvenování DNA spolu s průlomy v technologiích hlubinných oceánských vrtů (průkopníkem byla japonská vědecká loď Chikyu, navržená tak, aby nakonec vrtala hluboko pod mořským dnem v některých seizmicky nejtěžších oblastech planety). aktivní regiony) umožnily výzkumníkům poprvé se podrobně podívat na složení hluboké biosféry.
Existují srovnatelné snahy o vrtání stále hlouběji pod kontinentálním prostředím pomocí odběrových zařízení, která udržují tlak na zachování mikrobiálního života (nikdy se nenapadlo, že by představovalo nějakou hrozbu nebo přínos pro lidské zdraví).
K odhadu celkové hmotnosti subkontinentálního hlubokého života na Zemi vědci například shromáždili údaje o koncentraci buněk a mikrobiální diverzitě z míst po celém světě.
Pod vedením Cary Magnabosco z Flatiron Institute Center for Computational Biology, New York a mezinárodního týmu výzkumníků, podpovrchových vědců zohledňovali řadu úvah, včetně globálního tepelného toku, povrchové teploty, hloubky a litologie. fyzikální charakteristiky hornin v každém místě – odhadnout, že kontinentální podpovrch hostí 2 až 6 × 10^29 buněk.
V kombinaci s odhady podpovrchového života pod oceány je celková globální biomasa hlubin Země přibližně 15 až 23 petagramů (15 až 23 miliard tun) uhlíku.
Říká Mitch Sogin z Marine Biological Laboratory Woods Hole, USA, spolupředseda komunity DCO Deep Life skládající se z více než 300 výzkumníků ve 34 zemích: „Zkoumání hlubokého podpovrchu je podobné průzkumu amazonského deštného pralesa. život všude a všude je úžasné množství nečekaných a neobvyklých organismů.
"Molekulární studie zvyšují pravděpodobnost, že mikrobiální temná hmota je mnohem rozmanitější, než jak ji v současnosti známe, a nejhlubší větvení linie zpochybňují koncept tří domén, který představil Carl Woese v roce 1977. Možná se blížíme k nexu, kde by mohly být nejranější možné vzorce větvení dostupné prostřednictvím hlubokého zkoumání života.
„Před deseti lety jsme věděli mnohem méně o fyziologii bakterií a mikrobů, které dominují podpovrchové biosféře,“říká Karen Lloyd, University of Tennessee v Knoxville, USA. „Dnes víme, že na mnoha místech investují většinu své energie do prostého zachování své existence a málo do růstu, což je fascinující způsob života.
"Dnes také víme, že podpovrchový život je běžný. Před deseti lety jsme vzorkovali jen několik míst - takových míst, kde bychom očekávali, že najdeme život. Nyní, díky ultrahlubokému vzorkování, víme, že je můžeme najít v podstatě všude, i když odběr vzorků zjevně zasáhl jen nekonečně malou část hluboké biosféry."
„Naše studie hlubinných biosférických mikrobů přinesly mnoho nových poznatků, ale také poznání a mnohem větší ocenění toho, kolik se toho ještě musíme naučit o podpovrchovém životě,“říká Rick Colwell, Oregon State University, USA."Například vědci ještě neznají všechny způsoby, jakými hluboký podpovrchový život ovlivňuje život na povrchu a naopak. A zatím můžeme jen žasnout nad povahou metabolismů, které umožňují životu přežít v extrémně chudých a zakázaných podmínkách." podmínky pro život v hluboké Zemi."
"Před deseti lety jsme netušili, že skály pod našima nohama mohou být tak rozsáhle obydlené. Experimentální výzkumy nám ukázaly, že mikrobi mohou potenciálně přežít do velké hloubky; v té době jsme neměli žádné důkazy, a to se stal skutečným o deset let později. To je prostě fascinující a určitě to podpoří nadšení pro hledání bioticko-abiotického okraje na Zemi i jinde,“řekla Isabelle Daniel, University of Lyon 1, Francie.
Mezi mnoha zbývajícími záhadami hlubokého života na Zemi:
Pohyb: Jak se šíří hluboký život – laterálně přes trhliny ve skalách? Nahoru, dolů? Jak může být hluboký život tak podobný v Jižní Africe a Seattlu ve Washingtonu? Měli podobný původ a oddělovala je například desková tektonika? Nebo se stěhují samotné komunity? Jakou roli hrají velké geologické události (jako je desková tektonika, zemětřesení, vytváření velkých magmatických provincií, meteoritické bombardování) v pohybech hlubokého života?
Původ: Začal život hluboko na Zemi (buď v kůře, poblíž hydrotermálních průduchů nebo v subdukčních zónách) a poté migroval nahoru, směrem ke Slunci? Nebo život začal v teplém povrchovém jezírku a migroval dolů? Jak se podpovrchové mikrobiální zombie rozmnožují nebo žijí bez dělení miliony až desítky milionů let?
Energie: Je metan, vodík nebo přírodní záření (z uranu a dalších prvků) nejdůležitějším zdrojem energie pro hluboký život? Které zdroje hluboké energie jsou v různých prostředích nejdůležitější? Jak nepřítomnost živin a extrémní teploty a tlak ovlivňují mikrobiální distribuci a diverzitu v podpovrchu?
"Dokonce i v temných a energeticky náročných podmínkách se vnitrozemské ekosystémy jedinečně vyvíjely a přetrvávaly miliony let. Rozšíření našich znalostí o hlubokém životě inspiruje k novým pohledům na planetární obyvatelnost, což nás povede k pochopení, proč na naší planetě vznikl život a zda život přetrvává v marťanském podpovrchu a dalších nebeských tělesech,“uvádí Fumio Inagaki, Japonská agentura pro vědu a technologii Marine-Earth.
