חיידקים עתיקים שנמצאים כמעט שני קילומטרים מתחת לפני האדמה: זה מה שגרר לראשונה את טוליס אונסטוט להתחיל בחיפושיו אחר החיים במקומות הסבירים ביותר. הגיאומיקרוביולוג בדיוק השתתף בישיבת מחלקת האנרגיה האמריקנית בשנת 1992 על סלעים שהוערכו כיותר מ -200 מיליון שנה - מבוגרים יותר מרוב הדינוזאורים. הסלעים הפרהיסטוריים האלה נחשפו מבאר חיפושי גז, והתברר שהם שופעים חיידקים.
תוכן קשור
- "כרובית" המארטינית המסתורית עשויה להיות הרמז האחרון לחיים זרים
- מסע של עשרות שנים לקדוח במעטפת כדור הארץ עשוי בקרוב להכות עפר לשלם
"זה היה די מדהים בעיניי, " אומר אונסטוט באוניברסיטת פרינסטון. "הרעיון שהחיידקים האלה חיו בסלעים הטריאסים האלה מאז שהופקדו בתקופה שקדמה לגיל הדינוזאורים, הרעיון הזה תפס את דעתי", הוא אומר.
סלעים אלה היו בין העדויות המהותיות הראשונות לכך שהחיים היו קיימים קילומטרים מתחת לאדמה, והם הקפיצו את מאמצי החוקרים לחקור את החיים במשטח הקרוב העמוק. במהלך 20 השנים האחרונות, אונסטוט ואחרים מצאו שיש מגוון גדול יותר של חיים במקומות הרבה יותר לא-מרשים ממה שדמיין.
חיים עמוקים נמצאו בכל רחבי העולם ובתנאים מגוונים - בשדות נפט ומכרות זהב, מתחת ליריעות קרח בגרינלנד ובאנטארקטיקה ובמשקעים וסלעים מתחת לקרקעית האוקיאנוס. מקומות אלה יכולים להיות סביבות עוינות ביותר, עם לחצים פי 10 עד מאה על פני השטח. הטמפרטורות יכולות לנוע בין הקפאה קרובה ליותר מ -140 מעלות פרנהייט.
במרחק קילומטר וחצי מתחת לפני השטח אין אור שמש ומעט מאוד חמצן. בסביבות צרות אלה, על היצורים לגרד מחייהם מכל אנרגיה שהם יכולים לגייס מהסביבה שלהם. משמעות הדבר היא שקצב החיים שם למטה יכול להיות איטי להפליא. חיידקים אלה יכולים להיות פחות פי אלף או מיליון פחות מאחיהם מעל פני האדמה. ויש כאלה שהיו קיימים כבר מאות, אלפים ואפילו מיליוני שנים - מתושלח מיקרוסקופי אמיתי.
יצורים אלה של העומק הם מגוונים, המורכבים מחיידקים ואורגניזמים חד-תאיים אחרים המכונים ארכאה. יש אפילו בעלי חיים רב-תאיים קילומטרים מתחת לפני השטח, כולל תולעים זעירות הנקראות נמטודות.
"מה שהפתיע כשאנחנו ממשיכים לחקור את היקום הנסתר העמוק הזה, הוא שזה מורכב יותר שם למטה ממה שיכולנו לדמיין כשהתחלנו להסתכל על דגימות טריאטיות בשנות ה -90, " אומר אונסטוט.
מורכבות זו פתחה בפני עולם חוק של אפשרויות, מניקוי פסולת רעילה וכלה בחיפוש אחר חיים מחוץ לכדור הארץ. חלק מהאורגניזמים העמוקים הללו ניזונים ישירות ממתכות ומינרלים, ויכולים להשפיע על מי תהום על ידי הגדלת או ירידה של רמות הארסן, האורניום ומתכות רעילות. מדענים מקווים שבקרוב ניתן יהיה להתאים את החיידקים הללו ללכוד או להוציא חומרים מזיקים כאלה מדברים כמו מי השפכים שדולפים ממכרה.
אבל אולי המרתק ביותר הוא הרעיון שהתנאים העמוקים מתחת לפני האדמה הם כל כך זרים, עד שהם עשויים לתת לחוקרים רמזים לגבי היכן למצוא חיים מחוץ לכדור הארץ - ואיך החיים האלה עשויים להיראות.
"זה קשור ישירות לשאלה אם חיים יכולים להתקיים מתחת לפני השטח של מאדים", אומר אונסטוט. "זה באמת מה שמשך אותי לתחום הזה מהמקום, ועדיין הוא נהג בשבילי."
בין הסביבות הקיצוניות לבין המחסור היחסי של אורגניזמים, החוקרים עוברים מאמצים רבים - למעמקים - כדי לחקור את החיידקים הללו. הם מסתכנים במוקשים ובמערות או משתמשים במקדחים כדי להוציא דגימות מתחת לאתרים יבשתיים או קרקעית האוקיאנוס. באזורים מסוימים זה יכול לקחת מספר ימים עד לקבל אפילו מדגם בודד. "ללכת לקצוות האדמה ולקדוח, או לנסוע לארקטיק ולרדת מתחת לאדמה כדי להשיג מדגם, זה לא קל", אומר אונסטוט.
לחקור את העומק הגהנום
כמעט קילומטר מתחת לפני האדמה, עמוק בתוך מכרה הזהב של Beatrix הזהב של דרום אפריקה, מגי לאו מחפשת חיים. זה חם ולח, ורק פנסי הראש מפרים את החושך כאשר לאו, גיאומיקרוביולוגית בקבוצתו של אונסטוט מאוניברסיטת פרינסטון, אוספת מים מקדחת. אלה חורים שנקדחו לסלע על ידי גיאולוגים המחפשים כיסי גז ומים לפני פעולות הכרייה. לאו ממלא מגוון של בקבוקונים בדגימות גז ומים שנעים בנפח מפחות משווי כפית ועד קצת יותר משני ליטרים.
מגי לאו אוספת מי קידוח בתוך בקבוקון שנמצא יותר משני מיילים מתחת לפני האדמה במכרה הזהב TauTona של דרום אפריקה. (פרנסואה ורמולה (מנהל מדעי הגיאוגרפיה, אנגלו-גולד אשנטי מוגבלת)) הגז שלאו אוסף יכול לחשוף עד כמה המים עתיקים. "הדגימות שאני חוקר הן בנות 40, 000 עד 80, 000 שנה", היא אומרת. ייתכן שהמים נבעו לפני השטח ונזללו דרך סדקים לאורך אלפי ואף מיליוני שנים, והביאו את המיקרואורגניזמים מן השטח או מאזורים רדודים יותר מתחת לפני השטח.
בניגוד למים, לאו עובר מסלול מהיר ודרמטי יותר לאתר המחקר. היא פונה במורד מכרה בכלוב מעלית - שיורד כמעט קילומטר תוך פחות מדקה - ואז הולכת קילומטר או יותר עם תרמיל טעון. מנהרות מסוימות מחייבות את החוקרים לזחול, לגרור את חפיסותיהם מאחוריהם, או לשכשך במים גבוהים בברך או בירכיים בקטעים מוצפים. לעיתים כלוב ההרמה אינו זמין לאחר יום עבודה קשה, ולאו ואונסטוט צריכים לעלות במדרגות. "התבדחנו שזה כמו גרם מדרגות לגן עדן, " היא אומרת.
במצולות הגיהנום, שם המים יכולים להגיע ל -130 מעלות פרנהייט והסלעים עצמם לרוב חמים למגע, אין הרבה חיים. כדי לאסוף כמה שיותר תאים חיים לצורך הניתוח שלה, לאו משאירה כמה מהבקבוקונים שלה לסינון מאות עד אלפי גלונים של מים במשך מספר שבועות עד מספר חודשים.
כקילומטר מתחת לפני השטח, לאו בדרך כלל יכולה למצוא 1, 000 עד 10, 000 תאים בפחות מכפית מים. זה אולי נראה כמו הרבה, אבל קמצוץ אדמה מהחצר האחורית שלך יכול להכיל פי 100, 000 עד מיליון תאים. באתרים שנמצאים במרחק של יותר מקילומטר מתחת לפני האדמה, יתכנו רק 500 תאים לכל כפית מים. לאו מעריך שהיא תצטרך לסנן מים ברציפות במשך 200 יום כדי להשיג מספיק DNA ו- RNA לניתוח שלה.
זה יכול להיות קשה לגדל מינים חיידקיים במעבדה מבלי לדעת את המזון הספציפי שהם אוכלים או את התנאים המדויקים שבהם הם משגשגים. מדענים הצליחו לגדל רק אחוז אחד מהחיידקים שהם מוצאים באתרי השדה העמוקים שלהם. כתוצאה מכך, מרבית המינים ידועים רק מחתימות מולקולריות ייחודיות שלהם - ורצף DNA או RNA גילה שפע של חיידקים שלא זוהו בעבר בדגימות שמדענים אסף שם.
סרטון זמן זה מציג חוקרים אוספים דגימות במכרה זהב דרום אפריקני. (מאת Gaetan Borgonie)לאחרונה לאו עושה צעד מעבר לגלות מה חי שם למטה - היא רוצה לדעת מה הם עושים למחייתם. ללא אור שמש וצמחים בכדי ללכוד את אנרגיית השמש באמצעות פוטוסינתזה, חיידקים בעלי חיים עמוקים צריכים לשרוד על אנרגיה מהתגובות הכימיות בין סלעים למים. תגובות אלו יכולות לייצר מימן, מתאן וגולפטים, ומדענים חשבו כי שלושת הכימיקלים הללו יתדלקו את מרבית החיידקים החיים בסביבות עמוקות אלה.
להפתעתה, לאו גילתה שזה לא המקרה. במקום זאת, הכימיקלים מקיימים רק מיעוט מהחיידקים, שמייצרים אז גופרית וחנקות. חיידקים שניזונו מכימיקלים משניים אלו שלטו בסביבות אלה.
המשמעות היא שכאשר מחפשים חיים עמוקים בכדור הארץ או בעולמות אחרים, על המדענים לחפש מגוון רחב יותר של תגובות מטבוליות. "אל תתמקד רק בתהליכים העיקריים המעטים. עלינו להיות פתוחים יותר לבחון את הנוף המטבולי המלא והמלא, "אומר לאו.
"היכולת לראות בעצם מה הם עושים שם למטה זה בהחלט הדבר המרגש ביותר, משהו שתמיד רצינו לעשות ולנסות להבין איך לעשות במשך 20 השנים האחרונות, ועכשיו נוכל לעשות זאת סוף סוף תעשה את זה ", אומר אונסטוט.
"תמונת המצב הראשונה של [לאו], זה כמו להחזיר את התמונה הראשונה ממאדים או משהו כזה, זה מדהים, " הוא מוסיף.
גן חיות אמיתי
במקום שיש טרף, יש בדרך כלל טורפים. וחיידקים מכינים ארוחה טעימה להרבה יצורים.
כששמע גטאן בורגוני על החיידקים העמוקים הללו, הוא תהה אם הוא יכול למצוא תולעים המכונות נמטודות - הניזונות מחיידקים - באותם מקומות תת קרקעיים. בורגוני, זואולוג בחברת Extreme Life Isyensya בגנטברוג ', בלגיה, עבד על תולעים אלה במשך 20 שנה. הוא ידע כי נמטודות יכולות לשרוד מגוון רחב של תנאים על פני השטח, כולל טמפרטורות חמות או קרות במיוחד ורמות חמצן נמוכות מאוד, כך שבאופן תיאוריה, הם התאימו היטב לתנאים עמוקים מתחת לפני האדמה.
בורגוני קרא לאונסטוט, שהזמין אותו לבוא לחקור את המכרות בדרום אפריקה. אבל למצוא את התולעים האלה לא היה קל. אף על פי שהם נפוצים מאוד על פני השטח, במוקשים היה על Borgonie לדגום יותר מ- 2, 500 ליטרים של מים כדי למצוא נמטודה יחידה. "אתה באמת צריך לשנות את הלך הרוח ולהשאיר את מה שאתה יודע מהשטח, כי מתחת לאדמה הוא כוכב לכת אחר", הוא אומר.
בורגוני גילה מספר גדול של נמטודות שחיו במוקשים במים בני 3, 000 עד 12, 000 שנה מחורים, כמו גם בנטיפים התלויים ממנהרות המכרה. אלה כללו מין אחד חדש שנמצא כמעט קילומטר מתחת לפני השטח, ותולעת אחרת לא מזוהה שחיה יותר משני קילומטרים למטה. בעלי חיים אלה היו העדויות הראשונות לחיים רב-תאיים, אאוקריוטים עד כה בעומקם, אומר בורוני.
בניגוד לחיידקים הייחודיים שנמצאו בעומקים אלה, רובם המוחלט של התולעים היו שייכים למינים שנמצאו על פני השטח. "בעלי החיים האלה כבר רגילים ללחץ, ואלו שהם אופורטוניסטים על פני השטח מצליחים מאוד מתחת לאדמה, " אומר בורגוני.
סביבות עמוקות עשויות למעשה להציע יתרונות מסוימים, לאור התנאים היציבים והיעדר טורפים לתולעים. "בשבילם זה כמו חג", אומר בורוני.
חיצים לבנים מצביעים על חיידקים שנמצאים בתוך ביו-פילמים במי בור קדח ממכרה הזהב של קופאנאנג של דרום אפריקה. (Gaetan Borgonie) משוכנע שחייבים להיות יותר יצורים כאלה החיים במוקשים, בורגוני השאיר את ציוד הדגימה שלו במכרה הזהב Driefontein בדרום אפריקה במשך שנתיים כדי לסנן יותר משלושה מיליון גלונים של מים - מספיק כדי למלא כמעט חמש בריכות שחייה בגודל אולימפי.
"ברגע שמצאנו את כל גן החיות, " אומר בורוני. הוא זיהה כמה אורגניזמים רב-תאיים אחרים, כולל תולעים שטוחות ותולעים מפולחות, כמו גם את מה שנראה כמו סרטנים. כמעט כל המינים הללו שרדו על ידי אכילת חיידקים.
גילוי אורגניזמים אלה מעודד עבור מדענים המחפשים חיים מחוץ לכדור הארץ, אומר בורוני. "אני חושב שזה טוב מאוד שנמצא מערכת אקולוגית כל כך גדולה מתחת לאדמה, " הוא אומר. "אם נוכל להוכיח שהם יכולים לשרוד מתחת לאדמה ללא הגבלת זמן, ייתכן שיהיו חדשות טובות מאוד עבור אנשים המחפשים חיים במאדים."
"הייתי מאוד אוהב את העבודה הזו על כוכב הלכת מאדים", הוא אומר. "זו הסיבה שאני תמיד אומר, אם אי פעם יתנו לי כרטיס לכיוון אחד למאדים, אני נעלם."
העומק הזר /
לבורגוני אין עדיין את הכרטיס שלו, אך משימות חקר החלל הקרובות יכולות לתת לנו מושג טוב יותר אם חלקים אחרים במערכת השמש יכולים לתמוך בחיים.
"אחד הדברים שהעניקו לאנשים תחושה של אופטימיות בכל הנוגע לאסטרוביולוגיה הוא הממצא שיש אורגניזמים שיכולים להתמיד במה שנחשב בתנאים קיצוניים מאוד", אומר טורי Hoehler, אסטרוביולוג במרכז המחקר של אמס של נאס"א. Hoehler חבר בצוות Rock-Powered Life של מכון אסטרוביולוגיה של נאס"א, הבוחן כיצד תגובות בין סוגים שונים של סלעים ומים יכולים לייצר אנרגיה מספקת לתמיכה בחיים.
"אחד מבתי הגידול השכיחים ביותר שקיימים שם הוא זה שמוגדר על ידי סלע ומים", אומר Hoehler. אתה יכול לדמיין את האקוויפרים שיושבים עמוק מתחת לפני השטח של מאדים או את האוקיאנוסים משופעים מעל הקרום הסלעי של ירח יופיטר אירופה או ירח של סטורן אנצ'אלדוס, הוא אומר.
משימת אירובי ריבוי הנוסעים המרובים של נאס"א, שצפויה לצאת לדרך בחמש עד עשר השנים הבאות, תתן למדענים מושג טוב יותר האם הירח הקפוא של צדק כולל סביבות כלשהן שיכולות לתמוך בחיים. באשר למאדים, החוקרים עברו על השאלה האם הם יכולים למצוא סביבות ראויות למגורים לחיפוש אחר עדויות לחיים עצמם, אומר Hoehler.
אף על פי שהתנאים על פני המאדים כרגע הם חסרי יכולת חיים, נראה כי לכוכב הלכת הייתה אווירה ומי שטח לפני זמן מה בעבר. אם החיים היו מתפתחים אז, הם היו יכולים להתפשט אל פני השטח של מאדים, שם הסביבה נותרה יציבה גם כאשר פני השטח נעשו עוינים. יתכן שהחיים עדיין נמשכים עמוק מתחת לאדמה ומחכים שנחפור אותם.
עיבוד של אמן ל- ExoMars Rover של ESA, שיישא מקדחה המיועדת לגשש עד מטר וחצי מתחת לפני השטח של המאדים. (ESA) לא נצטרך לחכות יותר מדי כדי להציץ בהצצה הראשונה מתחת לפני השטח של המאדים. משימת ExoMars של סוכנות החלל האירופית לשנת 2018 תקדח כמטר וחצי מתחת לפני השטח של המאדים כדי לחפש סימני חיים. זה אולי לא מספיק עמוק כדי למצוא אורגניזמים חיים, אבל זה צריך להיות מספיק רחוק מתחת לפני השטח שנוכל למצוא עדויות לחיים.
יותר מעשרים שנה מאז שחיידקים קדומים העניקו לו לראשונה הצצה לחיים העמוקים של כדור הארץ, אונסטוט לא יכול לחכות לראות את מה שאנחנו מוצאים על מאדים, במיוחד ברגע שמדענים יכולים לחפור קצת יותר לעומק.
"אם יש נקודה מתוקה במאדים, במקום שבו אתה פשוט משיג את האיזון הנכון של הטמפרטורה והמים, ייתכן שיש אורגניזמים ששרדו בתנאים האלה."
למדו על מחקר זה ועוד במצפה העמוק פחמן.
