Nauwelijks levende “zombie” -bacteriën en andere vormen van leven vormen een immense hoeveelheid koolstof diep in de ondergrond van de aarde – 245 tot 385 keer groter dan de koolstofmassa van alle mensen aan de oppervlakte, volgens wetenschappers aan het einde van een 10-jarige internationale samenwerking om de diepste geheimen van de aarde te onthullen.
Aan de vooravond van de jaarlijkse bijeenkomst van de American Geophysical Union rapporteerden wetenschappers met de Deep Carbon Observatory vandaag verschillende transformationele ontdekkingen, inclusief hoeveel en wat voor soort leven er bestaat in de diepe ondergrond onder de grootste uitersten van druk, temperatuur en lage energie en voedingsstoffen beschikbaarheid.
Met 2,5 kilometer boren in de zeebodem en het verzamelen van microben uit continentale mijnen en boorgaten van meer dan 5 km diep, heeft het team de resultaten gebruikt om modellen van het ecosysteem diep in de planeet te construeren.
Met inzichten van nu honderden locaties onder de continenten en zeeën, hebben ze de grootte van de diepe biosfeer-2 tot 2,3 miljard kubieke kilometer (bijna het dubbele van het volume van alle oceanen) benaderd – evenals de koolstofmassa van diep leven: 15 tot 23 [1] miljard ton (gemiddeld ten minste 7,5 ton koolstof per kmu-ondergrond).
Het werk helpt ook bij het bepalen van soorten buitenaardse omgevingen die het leven zouden kunnen ondersteunen.
Onder vele belangrijke ontdekkingen en inzichten:
- De diepe biosfeer vormt een wereld die kan worden beschouwd als een soort van “ondergrondse Galapagos” en omvat leden van alle drie de domeinen van het leven: bacteriën en archaea (microben zonder membraan-gebonden nucleus) en eukarya (microben of multicellulaire organismen met cellen) die zowel een kern als membraangebonden organellen bevatten)
- Twee soorten microben – bacteriën en archaea – domineren Deep Earth. Onder hen zijn miljoenen verschillende typen, die nog het meest ontdekt of gekarakteriseerd moeten worden. Deze zogenaamde microbiële “donkere materie” breidt dramatisch ons perspectief op de boom des levens uit. Deep Life-wetenschappers zeggen dat ongeveer 70% van de bacteriën op aarde en archaea in de ondergrond leven
- Diepe microben zijn vaak heel anders dan hun neven en nichten op het oppervlak, met levenscycli op bijna-geologische tijdschalen, in sommige gevallen dineren op niets meer dan energie uit rotsen
- De genetische diversiteit van het leven onder het oppervlak is vergelijkbaar met of groter dan die boven het oppervlak
- Hoewel ondergrondse microbiële gemeenschappen sterk verschillen tussen verschillende omgevingen, zijn bepaalde geslachten en hogere taxonomische groepen alomtegenwoordig – ze komen over de hele planeet voor
- De rijkdom van microbiële gemeenschappen heeft betrekking op de leeftijd van mariene sedimenten waar cellen worden aangetroffen, wat suggereert dat in oudere sedimenten voedselenergie in de loop van de tijd is afgenomen, waardoor de microbiële gemeenschap is verminderd
- De absolute grenzen van het leven op aarde in termen van temperatuur, druk en beschikbaarheid van energie zijn nog niet gevonden. De records worden voortdurend verbroken. Een voorloper voor het heetste organisme van de aarde in de natuurlijke wereld is Geogemma barossii , een eencellig organisme dat kan gedijen in hydrothermale ventilatieopeningen op de zeebodem. De cellen, kleine microscopische bollen, groeien en repliceren bij 121 graden Celsius (21 graden warmer dan het kookpunt van water)
- Het microbiële leven kan tot 122 ° C overleven, het record dat werd behaald in een laboratoriumcultuur (ter vergelijking: de recordbehoudende meest hete plaats op het aardoppervlak, is in een onbewoonde Iraanse woestijn, ongeveer 71 ° C – de temperatuur van goed gemaakte steak)
- De recorddiepte waarbij het leven is gevonden in de continentale ondergrond is ongeveer 5 km; het record in de wateren ligt op 10,5 km van het zeeoppervlak, een diepte van extreme druk; op 4000 meter diepte is de druk bijvoorbeeld ongeveer 400 keer groter dan op zeeniveau
- Wetenschappers hebben een beter begrip van de impact op het leven op ondergrondse locaties die door mensen worden gemanipuleerd (bijv. Fracked shales, carbon capture en storage)
Steeds toenemende nauwkeurigheid en de dalende kosten van DNA-sequencing, gekoppeld aan doorbraken in technologieën voor diepzeeboren (een pionier op het Japanse wetenschappelijke schip Chikyu , ontworpen om uiteindelijk ver onder de zeebodem te boren in enkele van de meest seismisch actieve regio’s van de planeet) mogelijk voor onderzoekers om hun eerste gedetailleerde blik te werpen op de samenstelling van de diepe biosfeer.
Er zijn vergelijkbare inspanningen om steeds dieper te boren onder continentale omgevingen, met behulp van bemonsteringsapparaten die de druk behouden om het microbiële leven te behouden (waarvan niemand denkt dat het een bedreiging of voordeel voor de menselijke gezondheid oplevert).
Om de totale massa van het subcontinentale diepe leven van de aarde te schatten, heeft het team bijvoorbeeld gegevens verzameld over celconcentratie en microbiële diversiteit van locaties over de hele wereld.
Onder leiding van Cara Magnabosco van het Flatiron Institute Centre for Computational Biology, New York, namen de wetenschappers deel aan een reeks overwegingen, waaronder globale warmtestroming, oppervlaktetemperatuur, diepte en lithologie – de fysieke kenmerken van gesteenten op elke locatie – om te schatten dat de continentale ondergrond gastheren 2 tot 6 x 10 29 cellen.
Gecombineerd met schattingen van het ondergrondse leven onder de oceanen, is de totale wereldwijde biomassa van de Deep Earth ongeveer 15 tot 23 petagrammen (15 tot 23 miljard ton) koolstof.
Says Mitch Sogin of the Marine Biological Laboratory Woods Hole, USA, co-chair of DCO’s Deep Life community of more than 300 researchers in 34 countries: “Exploring the deep subsurface is akin to exploring the Amazon rainforest. There is life everywhere, and everywhere there’s an awe-inspiring abundance of unexpected and unusual organisms.
“Molecular studies raise the likelihood that microbial dark matter is much more diverse than what we currently know it to be, and the deepest branching lineages challenge the three-domain concept introduced by Carl Woese in 1977. Perhaps we are approaching a nexus where the earliest possible branching patterns might be accessible through deep life investigation.”
“Tien jaar geleden wisten we veel minder van de fysiologie van de bacteriën en microben die de biosfeer onder de grond domineren,” zegt Karen Lloyd, University of Tennessee in Knoxville, VS. “Vandaag weten we dat ze op veel plaatsen het grootste deel van hun energie investeren in het eenvoudigweg onderhouden van hun bestaan en weinig in groei, wat een fascinerende manier van leven is.
“Ook vandaag weten we dat het ondergrondse leven veel voorkomt. Tien jaar geleden hadden we slechts een paar sites gesampled – de soorten plaatsen die we zouden verwachten om het leven te vinden. Dankzij ultra-diepe bemonstering weten we dat we ze vrijwel overal kunnen vinden, hoewel de bemonstering duidelijk slechts een oneindig klein deel van de diepe biosfeer heeft bereikt. ”
“Onze studies van microben in diepe biosfeer hebben veel nieuwe kennis opgeleverd, maar ook een besef en een veel grotere waardering voor hoeveel we nog moeten leren over het ondergrondse leven”, zegt Rick Colwell, Oregon State University, VS. “Wetenschappers weten bijvoorbeeld nog niet alle manieren waarop diep ondergronds leven het oppervlakkige leven beïnvloedt en vice versa. En voor nu kunnen we ons alleen maar verwonderen over de aard van de metabolismes die het leven mogelijk maken om te overleven onder de extreem verarmde en verbiedende omstandigheden voor het leven in de diepe aarde. ‘
Lees verder bij de bron: Deep Carbon Observatory
