يقوم العلماء في مرصد الكربون العميق (DCO) بتغيير فهمنا للحياة في أعماق الأرض ، وربما في عوالم أخرى. تشير اكتشافاتهم إلى أن الحياة الوفيرة يمكن أن توجد في السطح الفرعي للكواكب والأقمار الأخرى ، حتى عندما تكون درجات الحرارة شديدة ، والطاقة والمغذيات شحيحة. لقد اكتشفوا أيضًا أن كل الحياة المخبأة في أعماق الأرض تحتوي على الكربون مئات المرات أكثر من كل البشرية ، وأن المحيط الحيوي العميق هو ضعف حجم جميع محيطات الأرض تقريبًا.
"النماذج الحالية لدورة الكربون ... لا تزال قيد العمل." - د. مارك ليفر ، اللجنة التوجيهية لمجتمعات DCO Deep Life. "
مكتب التنسيق المحلي ليس منشأة ، ولكن مجموعة تضم أكثر من 1000 عالم من 52 دولة ، بما في ذلك الجيولوجيين والكيميائيين والفيزيائيين وعلماء الأحياء. إنهم يقتربون من نهاية مشروع مدته 10 سنوات للتحقيق في كيفية تأثير دورة الكربون العميقة على الأرض. 90٪ من الكربون الموجود على الأرض موجود داخل الكوكب ، و DCO هو أول جهدنا لفهمه حقًا.
مكتب التنسيق المحلي هو مسعى عالمي. استكشفت فرق من العلماء بعضًا من أعمق المناجم على الأرض ، وحفروا أعمق في قاع المحيط أكثر من أي وقت مضى ، ودققوا في البراكين في جهودهم لفهم دورة الكربون العميقة للأرض. ولم ينتهوا بعد.
لقد اكتشفوا عالمًا غريبًا تحت الأرض يحتوي على ما بين 245 إلى 385 ضعفًا من الكربون مثل جميع البشر. وفقًا لمكتب التنسيق المحلي ، تعيش 70٪ من بكتيريا الأرض والأثر القديم تحت الأرض ، وهي موجودة في أعمق سطح تحت الأرض. وبعضهم من الكسالى.
بعضها موجود في بيئات منخفضة للغاية في الطاقة والمغذيات. إنهم بالكاد ينمون على الإطلاق ، وينفقون مواردهم المتاحة على الحفاظ على أنفسهم ، وليس على التكاثر. قد تعيش هذه البكتيريا "غيبوبة" لملايين السنين دون التكاثر ، واكتشاف مذهل له آثار على تاريخ الحياة على الأرض ، ووجود الحياة في عوالم أخرى.
لإلقاء نظرة أعمق على عمل مكتب التنسيق المحلي ، تحدثت مع الدكتور مارك ليفر ، عالِم الأحياء الجيولوجية والأستاذ في المعهد الفيدرالي السويسري للتكنولوجيا في زيوريخ. الدكتور ليفر عضو أيضًا في اللجنة التوجيهية لمجتمعات DCO Deep Life Community ، ويعطينا مزيدًا من التبصر في عمل مكتب التنسيق المحلي ، وما يخبئه المستقبل ، وما هي الآثار المترتبة على البحث عن الحياة.
فيما يلي مقتطفات من مقابلة عبر البريد الإلكتروني مع دكتور ليفر تناقش دورة الكربون العميق والحياة العميقة داخل الأرض.
يو تي: أعرف أن العلماء يترددون في التكهن أكثر من اللازم ، لسبب وجيه. لكن مجلة الفضاء هي في الأساس موقع ويب لعلوم الفضاء ، وأعلم أن قراءنا سيتساءلون عن كيفية ارتباط هذه المعرفة بالبحث عن الحياة في نظامنا الشمسي. كوكب المريخ؟ أقمار الجليد؟ عوالم أخرى؟
م.ل: "كان هناك الكثير من الحديث عن استخدام الأفكار الأساسية المكتسبة من دراسة دورة الكربون العميقة للأرض لاستكشاف قابلية السكن ودورة الكربون على الكواكب الأخرى والأقمار الكواكب داخل نظامنا الشمسي. على غرار كوكب الأرض ، الذي يحتوي على محيط حيوي غني وواسع في صخوره تحت سطح الأرض وبيئاته الرسوبية ، قد يكون لهذه الكواكب وأقمارها محيط حيوي غزير ومتنوع أسفل أسطحها التي لا يمكن سكنها في كثير من الأحيان ".
"... قد يتحول كوكبنا إلى ... أرضية اختبار مثالية للتقنيات التي ستمكن من اكتشاف الحياة ودراستها التفصيلية في مكان آخر في نظامنا الشمسي وخارجه". - دكتور مارك ليفر.
"العديد من التقنيات المستخدمة لاستكشاف الحياة العميقة على الأرض ، بما في ذلك تقنيات الحفر التي توفر الوصول إلى عينات خالية من التلوث من كيلومترات تحت قاع البحر أو من أسفل التكوينات الجليدية العميقة في القطب الجنوبي ، وأدوات وأدوات المراقبة الآلية المتطورة التي تم تطويرها ، ستكون ضرورية لاستكشاف هذه الأنظمة خارج الأرض ".
"قد يتحول كوكبنا - تحت رعاية DCO جزئيًا - إلى أرضية اختبار مثالية للتقنيات التي ستتيح اكتشاف الحياة ودراستها التفصيلية في مكان آخر في نظامنا الشمسي وخارجه".
"أعتقد أيضًا أن الأفكار العلمية ذات صلة بإيجاد واكتشاف الحياة على الكواكب الأخرى. تتمثل إحدى بؤر البحث الرئيسية التي يقوم بها مرصد الكربون العميق في تحديد حدود الحياة - ودورة الكربون البيولوجية - على الأرض. ما المتغيرات التي تحدد أين يمكن للحياة أو لا يمكن أن توجد على الأرض؟ لقد صاغ إيفريت شوك مصطلح "هامش أحيائي" على نحو ملائم لوصف تلك الحدود الخيالية في الظروف البيئية التي تفصل بين السكني وغير السكني.
"يعد باطن الأرض مكانًا واعدًا للغاية لاستكشاف هذه الحافة الحيوية ، نظرًا للتنوع الواسع في الظروف من حيث درجة الحرارة ، ودرجة الحموضة ، والضغط ، ومسام المسام ، وتركيزات المغذيات ، وتوافر الطاقة التي يمكن العثور عليها هناك. تمكنت العديد من حملات (DCO) من الحفر في الرواسب العميقة والتكوينات الصخرية وتمكنت من توثيق كيفية تقلص الكتلة الحيوية ووفرة الحياة تدريجيًا حتى تقترب الحياة من حد الاكتشاف أو تقل عنه. "
"إذا كانت الحياة على الأجسام خارج كوكب الأرض تتقاسم نفس الكيمياء الحيوية أو نفسها مع الحياة على الأرض ، فإن فهم ما يتحكم ويحد من توزيع الحياة على الأرض من المرجح أن يكون ذا صلة بهذه الأجسام الأخرى خارج الأرض."
"فيما يتعلق بالأجسام الكوكبية التي بدأنا استكشافها بمزيد من التفصيل ، فإن حجم العينة الحالي لدينا هو 1. لا يمكن تحديد مدى صحة تفسيراتنا أو حتى العالمية إلا من خلال دراسة أجسام كوكبية إضافية تتجاوز تلك التي نعيشها حاليًا على."
UT: هل سيكون لهذه المعرفة الجديدة لدورة الكربون في الأرض والمحيط الحيوي العميق أي تأثير على فهمنا لتغير المناخ ، ليس الآن فقط ولكن في الماضي الأعمق؟
م. ل: "إن الهدف من دورة الكربون العميق هو تحسين الفهم الأساسي لدورة الكربون منذ تكوين الأرض. يرتبط معظم هذا البحث بشكل أساسي بالتغيرات المناخية الحالية والسابقة من حيث أنه يساهم في فهم أفضل للعوامل التي تتحكم في تبادل الكربون بين "العالم السطحي" - الغلاف الجوي والغلاف المائي والطبقة الخارجية للغلاف الصخري - "تحت سطح الأرض العميق" ، أي معظم الكوكب الذي يقع في أي مكان من بضعة أمتار إلى آلاف الكيلومترات تحت الطبقة الخارجية من الغلاف الصخري.
"حتى أقل التغييرات في تبادلات الكربون بين سطح الأرض والعالم تحت سطح الأرض سيكون لها عواقب وخيمة على مناخ الأرض - في أي وقت طوال تاريخه." - دكتور مارك ليفر.
"إن فهم هذه التبادلات أمر مهم للغاية لفهم التغيرات المناخية الماضية والمعاصرة والمستقبلية نظرًا لأن كمية الكربون الموجودة في" العالم السطحي "ربما تكون فقط عشرة آلاف جزء من كمية الكربون الموجودة في الرواسب تحت السطحية على مستوى العالم ، وربما مائة مليون جزء فقط من كمية الكربون الموجودة في القشرة الأرضية والغطاء العلوي. "
"حتى أقل التغييرات في تبادلات الكربون بين سطح الأرض والعالم تحت سطح الأرض سيكون لها عواقب وخيمة على مناخ الأرض - في أي وقت طوال تاريخه."
UT: هل يمكن أن يلعب المحيط الحيوي العميق دورًا في استرداد الأرض من أحداث الانقراض مثل الانقراض البرمي الترياسي؟ هذا سؤال ضخم ، ولكن هل هناك أي طريقة لفهم المحيط الحيوي العميق في الماضي وكيف يمكن أن يتغير بمرور الوقت؟
م.ل: "الرابط الأكثر مباشرة الذي يمكنني رؤيته للانقراض البرمي الترياسي يسير في الاتجاه الآخر: هناك دليل على أنه في نفس الوقت تقريبًا ، سواء كان ذلك متعلقًا بالتأثيرات النيزكية الكبيرة أم لا ، كان هناك زيادة في إطلاق الميثان من هيدرات الميثان ، مثل "جليد الميثان" الذي يتكون في درجة حرارة منخفضة وتحت ضغط مرتفع في قاع البحر. "
"معظم غاز الميثان وهيدرات الميثان الموجود في قاع البحر ينتج عن الكائنات الحية الدقيقة التي تعيش على بعد أمتار إلى مئات الأمتار تحت قاع البحر. ربما ساهم الإطلاق المفاجئ لكميات هائلة من غاز الميثان القوي من غازات الدفيئة ، الذي أنتجته بشكل عام الكائنات الحية الدقيقة في المحيط الحيوي العميق ، في انقراض العصر البرمي الترياسي. "
"هناك كائنات دقيقة في المحيطات تأكل الميثان وتتنفس الأكسجين. عندما زادت كمية الميثان المذاب ، ربما تكون هذه الكائنات الحية الدقيقة قد استخدمت كل الأكسجين المذاب في أجزاء من المحيطات ، وساهمت في انقراض العديد من الحيوانات البحرية التي تتطلب الأكسجين المذاب للتنفس والبقاء ".
UT: ما زلت أفكر في المحيط الحيوي العميق كنوع من "قبو" المادة الوراثية الأرضية ، وهو نوع من الحفظ الآمن غير المقصود. هل تعتقد أن هناك أي دقة لهذه الفكرة؟
م. ل: "أحب مفهوم" القبو "كثيرًا ، وأعتقد أنه منطقي لأن بعض أنواع البيئة الداخلية للأرض ، على سبيل المثال ربما بقيت الصخور فوق الصخرية ، القشرة البازلتية ، متشابهة إلى حد ما منذ أصل الحياة منذ حوالي أربعة مليارات سنة ".
من المحتمل أن تنطبق فكرة "القبو" الميكروبية بشكل رئيسي على الكائنات الحية ، التي لديها آليات لإصلاح معلوماتها الجينية ، أي DNA و RNA. "
"يبدو من غير المحتمل أن نتمكن في أي وقت من استعادة تسلسل الجينات السليمة من الكائنات الحية الأولى في الأرض في المحيط الحيوي العميق" - الدكتور مارك ليفر ، DCO.
"إن DNA و RNA هما مصدران ممتازان للطاقة والمغذيات للعديد من الكائنات الحية الدقيقة ، ويتحللان بسرعة بواسطة هذه المواد إذا تم إطلاقها إلى البيئة. يتم تدميرها أيضًا من خلال التفاعلات الكيميائية العفوية - التي تحدث حتى داخل الخلايا الحية. يمكن للخلايا الحية الكشف عن معظم هذه الطفرات العفوية وإصلاحها ، وبالتالي الحفاظ على المعلومات الجينية السليمة التي تسمح لها بالبقاء على قيد الحياة. ومع ذلك ، لا يتم إصلاح الحمض النووي أو الحمض النووي الريبي من الكائنات الميتة ".
"يمكن الاحتفاظ بكميات صغيرة من متواليات DNA أو RNA السليمة نسبيًا في الموائل تحت السطحية على مدى فترات زمنية تبلغ آلاف السنين ، أو في بعض الأحيان بضعة ملايين من السنين ، ولكن ربما لا تتجاوز ذلك. يبدو من غير المحتمل أن نتمكن من استعادة تسلسل جينات سليم من أقدم الكائنات الحية في الأرض في المحيط الحيوي العميق ".
UT: حقق DCO بعض الاكتشافات المذهلة. ما هي الخطوة التالية لـ DCO ، وما هو رأيك في اتجاه البحث المستقبلي في المحيط الحيوي العميق؟
م.ل: "تنتهي فترة تمويل DCO من خلال مؤسسة Alfred P. Sloan في خريف 2019. وسيُعقد مؤتمر نهائي كبير في الأكاديمية الوطنية للعلوم في واشنطن العاصمة في أكتوبر المقبل ، حيث توجد 10 سنوات من وجود DCO سيتم الاحتفال بها ، وسيتم استكشاف الاتجاهات المستقبلية للعلوم العميقة المتعلقة بالكربون ".
"هناك العديد من المناقشات بين علماء DCO بشأن طرق الحفاظ على هذا المجتمع المتنوع والمتعدد الاختصاصات من الجيوفيزيائيين والجيولوجيين والجيوكيميائيين وعلماء الأحياء الدقيقة. أحد الأحداث التي ستستمر في التقريب بيننا هو مؤتمر غوردون للأبحاث تحت عنوان "علوم الكربون العميقة" ، والذي انعقد لأول مرة في صيف 2018 ، ومن المقرر نجاحه كل عامين من الآن فصاعدًا. "
"أحد الاتجاهات المهمة هو أهمية الزلازل في دعم المحيط الحيوي العميق. تخلق الزلازل موطنًا جديدًا للكائنات الحية الدقيقة عن طريق تكسير قشرة الأرض والسماح للميكروبات باستعمار هذه الكسور والوصول إلى مصادر الطاقة المشتقة من الصخور ، مثل الحديد المنخفض. تضخ الزلازل أيضًا السوائل ذات المصادر العميقة والغنية بركائز الطاقة الميكروبية ، مثل الهيدروجين أو الميثان ، من داخل الأرض غير الصالحة للسكن إلى المناطق الضحلة الصالحة للسكن ، وبالتالي قد تسمح بتكاثر الحياة العميقة في دورات الطفرة والانفجار في المناطق النشطة زلزاليًا. "
UT: ما هو في رأيك أكثر اكتشاف مثير من DCO؟
"... لا تزال نافذة الفرصة للاكتشافات العلمية الأساسية المتعلقة بدورة الكربون في الأرض شاسعة." - د. مارك ليفر ، مدير مكتب التنسيق.
"بالنسبة لي ، ربما كانت النتيجة الأكثر إثارة هي أن التدفق البركاني لثاني أكسيد الكربون في الغلاف الجوي يبلغ ضعف ما كان يعتقد في السابق. تُظهر هذه النتيجة - إلى جانب العديد من النتائج الأخرى من قبل مكتب التنسيق المحلي - كيف أن النماذج الحالية لدورة الكربون ، ولا سيما فيما يتعلق بتبادل الكربون بين السطح والعالم تحت السطح ، لا تزال قيد العمل. وبالتالي ، لا تزال نافذة الفرصة للاكتشافات العلمية الأساسية المتعلقة بدورة الكربون في الأرض شاسعة ".
- موقع مرصد الكربون العميق
- موقع مركز تحقيقات المحيط الحيوي للطاقة المظلمة
- بيان صحفي من مكتب التنسيق المحلي: الحياة في أعماق الأرض تبلغ 15 إلى 23 مليار طن من الكربون - مئات المرات أكثر من البشر
