Các nhà khoa học với Đài thiên văn Deep Carbon (DCO) đang chuyển đổi sự hiểu biết của chúng ta về sự sống sâu bên trong Trái đất và có thể ở các thế giới khác. Những khám phá của họ cho thấy sự sống phong phú có thể tồn tại ở dưới bề mặt của các hành tinh và mặt trăng khác, ngay cả khi nhiệt độ cực cao, năng lượng và chất dinh dưỡng khan hiếm. Họ cũng phát hiện ra rằng tất cả sự sống ẩn giấu trong Trái đất sâu chứa lượng carbon gấp hàng trăm lần so với toàn nhân loại và sinh quyển sâu gần gấp đôi thể tích của tất cả các đại dương Trái đất.
Các mô hình hiện có của chu trình carbon hiện vẫn đang trong quá trình hoàn thiện. - Tiến sĩ Mark Lever, Ban chỉ đạo cộng đồng Deep Life của DCO.
DCO không phải là một cơ sở, mà là một nhóm gồm hơn 1.000 nhà khoa học từ 52 quốc gia, bao gồm các nhà địa chất, nhà hóa học, nhà vật lý và nhà sinh học. Họ đã gần kết thúc một dự án kéo dài 10 năm để điều tra xem Deep Carbon Chu kỳ ảnh hưởng đến Trái đất như thế nào. 90% carbon Earth Earth nằm trong hành tinh và DCO là nỗ lực đầu tiên của chúng tôi để thực sự hiểu về nó.
DCO là một nỗ lực toàn cầu. Nhóm các nhà khoa học đã khám phá một số mỏ sâu nhất trên Trái đất, khoan sâu xuống đáy đại dương hơn bao giờ hết và xem xét kỹ lưỡng các ngọn núi lửa trong nỗ lực tìm hiểu chu trình carbon sâu của Trái đất. Và họ vẫn chưa hoàn thành.
Họ đã phát hiện ra một thế giới ngầm kỳ lạ chứa lượng carbon từ 245 đến 385 lần so với toàn nhân loại. Theo DCO, 70% vi khuẩn và vi khuẩn cổ Earth Earth sống dưới lòng đất và chúng tồn tại ở tầng dưới sâu nhất được biết đến. Và một số trong số họ là zombie.
Một số trong số chúng tồn tại trong môi trường cực kỳ ít năng lượng và chất dinh dưỡng. Họ hầu như không phát triển, và dành tài nguyên sẵn có của họ để duy trì bản thân, thay vì tái sản xuất. Những con vi khuẩn Zombie Zombie này có thể sống hàng triệu năm mà không sinh sản, một khám phá tuyệt đẹp với hàm ý về lịch sử sự sống trên Trái đất và sự tồn tại của sự sống trên các thế giới khác.
Để có cái nhìn sâu hơn về công việc của DCO, tôi đã nói chuyện với Tiến sĩ Mark Lever, một nhà địa chất học và giáo sư tại Viện Công nghệ Liên bang Thụy Sĩ tại Zurich. Tiến sĩ Lever cũng nằm trong Ban chỉ đạo cộng đồng Deep Life của DCO, và ông cho chúng tôi hiểu thêm về công việc của DCO, những gì tương lai nắm giữ và ý nghĩa của việc tìm kiếm sự sống.
Phần tiếp theo là đoạn trích từ một cuộc phỏng vấn qua email với Tiến sĩ Lever thảo luận về Chu trình Carbon sâu và sự sống sâu bên trong Trái đất.
UT: Tôi biết các nhà khoa học không muốn suy đoán quá nhiều, vì lý do chính đáng. Nhưng Tạp chí Không gian chủ yếu là một trang web khoa học vũ trụ và tôi biết độc giả của chúng tôi sẽ tự hỏi kiến thức này liên quan đến Tìm kiếm sự sống trong Hệ mặt trời của chúng ta như thế nào. Sao Hoả? Moons băng? Thế giới khác?
ML: Từ đó đã có nhiều thảo luận về việc sử dụng những hiểu biết cơ bản thu được từ việc nghiên cứu chu trình carbon sâu của Trái đất để khám phá khả năng sinh sống và chu trình carbon trên các hành tinh và mặt trăng hành tinh khác trong hệ mặt trời của chúng ta. Tương tự như hành tinh Trái đất, nơi có một sinh quyển phong phú và rộng lớn trong môi trường đá và trầm tích dưới bề mặt của nó, những hành tinh và mặt trăng của chúng có thể có một sinh quyển đa dạng và đa dạng bên dưới bề mặt thường xuyên không thể ở được của chúng.
Tập trung vào hành tinh của chúng ta có thể trở thành nơi thử nghiệm hoàn hảo cho các công nghệ cho phép khám phá và nghiên cứu chi tiết về sự sống ở những nơi khác trong hệ mặt trời của chúng ta và hơn thế nữa. - Tiến sĩ Mark Lever.
Nhiều công nghệ được sử dụng để khám phá sự sống sâu trên Trái đất, bao gồm các công nghệ khoan cung cấp quyền truy cập vào các mẫu không nhiễm bẩn từ hàng km dưới đáy biển hoặc từ các tầng băng dưới Nam cực sâu, và các công cụ và công cụ giám sát tự động tinh vi đã được phát triển , sẽ rất cần thiết để khám phá những hệ thống ngoài trái đất này.
Hành tinh của chúng ta có thể trở thành - một phần được tài trợ bởi DCO - nơi thử nghiệm hoàn hảo cho các công nghệ cho phép khám phá và nghiên cứu chi tiết về sự sống ở những nơi khác trong hệ mặt trời của chúng ta và hơn thế nữa.
Tôi cũng nghĩ rằng những hiểu biết khoa học có liên quan đến việc tìm kiếm và khám phá sự sống trên các hành tinh khác. Một trong những trọng tâm nghiên cứu của Đài thiên văn Deep Carbon là xác định giới hạn của sự sống - và chu trình carbon sinh học - trên Trái đất. Những biến nào xác định nơi sự sống có thể hoặc không thể tồn tại trên Trái đất? Everett Shock đã khéo léo đặt ra thuật ngữ rìa biotic rập rờn để mô tả ranh giới tưởng tượng đó trong điều kiện môi trường ngăn cách nơi cư trú với người không thể sống được.
Nội địa Trái đất là một nơi rất hứa hẹn để khám phá rìa sinh học này, bởi vì phạm vi rộng lớn trong điều kiện về nhiệt độ, pH, áp suất, không gian lỗ rỗng, nồng độ dinh dưỡng và năng lượng có thể tìm thấy ở đó. Một số cuộc thám hiểm (DCO) đã tìm cách khoan vào trầm tích và thành đá sâu và có thể ghi lại làm thế nào sinh khối và sự phong phú của sự sống giảm dần cho đến khi sự sống gần hoặc dưới giới hạn phát hiện.
Nếu cuộc sống trên các vật thể ngoài trái đất có cùng sinh hóa hoặc tương tự như sự sống trên Trái đất, thì sự hiểu biết về những gì kiểm soát và hạn chế sự phân phối sự sống trên Trái đất có thể phù hợp với các cơ thể ngoài trái đất này.
Về mặt các cơ quan hành tinh mà chúng ta đã bắt đầu khám phá chi tiết hơn, cỡ mẫu hiện tại của chúng ta là 1. Mức độ giải thích của chúng ta là chính xác hoặc thậm chí phổ quát chỉ có thể được xác định bằng cách nghiên cứu các cơ quan hành tinh bổ sung ngoài cơ thể chúng ta hiện đang sống trên."
UT: Liệu kiến thức mới này về chu trình carbon Trái đất và sinh quyển sâu có ảnh hưởng gì đến sự hiểu biết của chúng ta về biến đổi khí hậu, không chỉ bây giờ mà trong quá khứ sâu hơn?
ML: Có mục đích của chu trình Carbon sâu là để cải thiện sự hiểu biết cơ bản về chu trình carbon kể từ khi hình thành Trái đất. Hầu hết các nghiên cứu này về cơ bản có liên quan đến sự thay đổi khí hậu hiện tại và trong quá khứ, nó góp phần hiểu rõ hơn về các yếu tố kiểm soát sự trao đổi carbon giữa thế giới bề mặt, một khu vực khí quyển, thủy quyển và lớp ngoài cùng của thạch quyển. Càng sâu dưới lòng đất, tức là phần lớn hành tinh nằm ở vị trí cách xa vài mét đến hàng ngàn km dưới lớp ngoài cùng của thạch quyển.
Ngay cả những thay đổi nhỏ nhất trong trao đổi carbon giữa thế giới bề mặt và dưới bề mặt cũng sẽ có những hậu quả nghiêm trọng đối với khí hậu Trái đất - bất cứ lúc nào trong suốt lịch sử của nó. - Tiến sĩ Mark Lever.
Hiểu về những trao đổi này là vô cùng quan trọng để hiểu được sự thay đổi khí hậu trong quá khứ, đương đại và tương lai vì lượng carbon có trong thế giới bề mặt của Cameron có lẽ chỉ bằng một phần mười lượng carbon có trong trầm tích dưới mặt đất trên toàn cầu, và có lẽ chỉ một phần trăm lượng carbon có trong vỏ Trái đất và lớp phủ trên của Trái đất.
Ngay cả những thay đổi nhỏ nhất trong trao đổi carbon giữa thế giới bề mặt và dưới bề mặt cũng sẽ có những hậu quả nghiêm trọng đối với khí hậu Trái đất - bất cứ lúc nào trong suốt lịch sử của nó.
UT: Có thể sinh quyển sâu đã đóng một vai trò trong việc phục hồi Trái đất từ các sự kiện tuyệt chủng như sự tuyệt chủng Permi-Triassic? Đó là một câu hỏi lớn, nhưng có cách nào để hiểu được sinh quyển sâu trong quá khứ và làm thế nào nó có thể thay đổi theo thời gian?
ML: Ngày Liên kết trực tiếp nhất mà tôi có thể thấy đến sự tuyệt chủng Permi-Triassic đi theo một hướng khác: có bằng chứng cho thấy cùng một lúc, cho dù có liên quan đến các tác động của thiên thạch lớn hay không, có sự gia tăng giải phóng khí mêtan từ metan hydrat, tức là đá metan băng đá hình thành ở nhiệt độ thấp và dưới áp suất cao dưới đáy biển.
Hầu hết các khí mêtan và metan hydrat, có trong đáy biển có lẽ được sản xuất bởi các vi sinh vật sống cách xa hàng trăm mét dưới đáy biển. Việc phát hành đột ngột một lượng lớn khí metan gây hiệu ứng nhà kính, được sản xuất bởi các vi sinh vật trong sinh quyển sâu, có thể đã góp phần vào sự tuyệt chủng Permi-Triassic.
Có một số vi sinh vật trong đại dương ăn khí mê-tan và thở oxy. Khi lượng khí mê tan tăng lên, các vi sinh vật này có thể đã sử dụng hết oxy hòa tan trong các phần của đại dương và góp phần tuyệt chủng nhiều loài động vật biển cần oxy hòa tan để thở và sống sót.
UT: Tôi cứ nghĩ về sinh quyển sâu thẳm như một loại vault ăn cho vật liệu di truyền trên trái đất, một loại giữ an toàn vô tình. Bạn có nghĩ rằng có bất kỳ độ chính xác cho ý tưởng đó không?
ML: Từ chối Tôi rất thích khái niệm của vault, và nghĩ rằng nó có ý nghĩa bởi vì một số loại môi trường nhất định của nội thất Earth, ví dụ: đá siêu mủ, lớp vỏ bazan, có lẽ vẫn tương đối giống nhau kể từ nguồn gốc của sự sống khoảng bốn tỷ năm trước.
Ý tưởng về vi sinh vật có lẽ chủ yếu áp dụng cho các sinh vật sống, có cơ chế sửa chữa thông tin di truyền của chúng, tức là DNA và RNA.
Có vẻ như chúng ta sẽ không thể phục hồi các chuỗi gen nguyên vẹn từ các sinh vật sống sớm nhất ở Trái đất trong sinh quyển sâu. Hãy - Tiến sĩ Mark Lever, DCO.
DNA DNA và RNA là nguồn năng lượng và dinh dưỡng tuyệt vời cho nhiều vi sinh vật và bị suy giảm nhanh chóng bởi những thứ này nếu chúng được thải ra môi trường. Chúng cũng bị phá hủy bởi các phản ứng hóa học tự phát - xảy ra ngay cả trong các tế bào sống. Các tế bào sống có thể phát hiện hầu hết các đột biến tự phát này, sửa chữa chúng và do đó duy trì thông tin di truyền nguyên vẹn cho phép chúng sống sót. DNA hoặc RNA từ các sinh vật chết, tuy nhiên, không được sửa chữa.
Một lượng nhỏ các chuỗi DNA hoặc RNA tương đối nguyên vẹn có thể được bảo tồn trong môi trường sống dưới bề mặt trong khoảng thời gian hàng ngàn năm, hoặc đôi khi vài triệu năm, nhưng có thể không vượt quá điều đó. Dường như chúng ta sẽ không thể phục hồi các chuỗi gen nguyên vẹn từ các sinh vật sống sớm nhất ở Trái đất trong sinh quyển sâu.
UT: DCO đã thực hiện một số khám phá tuyệt đẹp. Điều gì tiếp theo cho DCO, và bạn nghĩ điều gì sẽ là hướng cho nghiên cứu trong tương lai về sinh quyển sâu?
ML: Hồi Thời gian tài trợ của DCO thông qua Quỹ Alfred P. Sloan sắp kết thúc vào mùa thu năm 2019. Một hội nghị lớn cuối cùng sẽ được tổ chức tại Viện Hàn lâm Khoa học Quốc gia ở Washington DC vào tháng 10 tới, trong đó 10 năm tồn tại của DCO sẽ được tổ chức và những định hướng tương lai cho khoa học liên quan đến carbon sâu sẽ được khám phá.
Có rất nhiều cuộc thảo luận giữa các nhà khoa học DCO liên quan đến các cách để duy trì cộng đồng đa dạng, liên ngành này của các nhà địa vật lý, nhà địa chất, nhà hóa học và nhà vi trùng học. Một sự kiện sẽ tiếp tục mang chúng ta đến với nhau là Hội thảo nghiên cứu theo chủ đề Gordon Deep Carbon Science, diễn ra lần đầu tiên vào mùa hè 2018, và - do thành công lớn của nó - dự kiến sẽ diễn ra hai năm một lần kể từ bây giờ. Giáo dục
Một hướng quan trọng là tầm quan trọng của động đất trong việc hỗ trợ sinh quyển sâu. Động đất tạo ra môi trường sống mới cho các vi sinh vật bằng cách phá vỡ lớp vỏ Trái đất và cho phép các vi khuẩn xâm chiếm các khe nứt này và tiếp cận các nguồn năng lượng có nguồn gốc từ đá, chẳng hạn như giảm sắt. Động đất cũng bơm các chất lỏng có nguồn gốc sâu, giàu chất nền năng lượng vi sinh vật, chẳng hạn như hydro hoặc metan, từ bên trong Trái đất không thể ở được đến nông hơn, các khu vực có thể ở được, và do đó có thể cho phép sự sống sinh sôi nảy nở trong các khu vực hoạt động địa chấn. Giáo dục
UT: Cá nhân bạn nghĩ gì là khám phá thú vị nhất đến từ DCO?
Giật cơ, cửa sổ cơ hội cho những khám phá khoa học cơ bản liên quan đến chu kỳ carbon Trái đất vẫn còn rất lớn. - Tiến sĩ Mark Lever, DCO.
Theo tôi, phát hiện thú vị nhất có lẽ là dòng khí núi lửa CO2 vào khí quyển cao gấp đôi so với suy nghĩ trước đây. Phát hiện này - cùng với nhiều nghiên cứu khác của DCO - cho thấy các mô hình chu trình carbon hiện có, đặc biệt là đối với việc trao đổi carbon giữa thế giới bề mặt và thế giới dưới bề mặt, vẫn đang được tiến hành. Do đó, cửa sổ cơ hội cho những khám phá khoa học cơ bản liên quan đến chu trình carbon Trái đất vẫn còn rất lớn.
- Trang web quan sát Deep Carbon
- Trung tâm điều tra sinh quyển năng lượng tối
- Thông cáo báo chí của DCO: Cuộc sống ở Trái đất sâu Tổng cộng 15 đến 23 tỷ tấn Carbon của hàng trăm lần nhiều hơn con người
