Forskere undersøger havenes dybe biosfære

Bundet i lag af tæpper for varme, Laura Zinke satte sig til rette for en to-timers tur til bunden af ​​havet. Temperaturen faldt markant, da hun og hendes kolleger passerede den dybde, der stadig var berørt af sollys, og det ville fortsætte med at falde, mens en ingeniør manøvrerede Alvin-undervandsfartøjet dybere og dybere mod havbunden. Gennem en lille koøje, Zinke så fluorescerende væsner flyve forbi.

"At se ud af vinduet var som at stirre ud i nattehimlen, men stjernerne bevæger sig, sagde Zinke, der arbejder hen imod sin ph.d. i marinbiologi og biologisk oceanografi ved USC Dornsife.

Hendes nedstigning til den dybe biosfære - et levested bestående af havbunden, der består af sediment, der vrimler med mikrober og den underliggende klippefyldte undersøiske bund - var en del af et videnskabeligt forskningstogt til Dorado Outcrop. Den klippefyldte højderyg ligger 125 miles fra Costa Ricas vestkyst, cirka to miles under havets overflade. Hendes mission var at indsamle vand- og sedimentprøver til at tage tilbage til test og at indsamle data om mikroberne, der lever omkring stedet.

Som forskningsassistent tilknyttet Center for Dark Energy Biosphere Investigations (C-DEBI), med hovedkontor i USC Dornsife, Zinkes forskning vil hjælpe med at opbygge videnskabsmænds forståelse af den dybe biosfære.

"Når vi tænker på havet, de fleste tænker på havets overflade og kystmiljøerne tæt på kysterne, " sagde Jan Amend, direktør for C-DEBI og professor i geovidenskab og biologiske videnskaber. "Men det meste af havet er ikke tæt på kysterne, og det meste af det er ikke på overfladen."

Havet dækker omkring 70 procent af Jorden, når i gennemsnit to miles ned. På bunden, havbunden måler yderligere seks miles eller mere dybt på dets tykkeste punkter, hvilket gør det til et af de største levesteder på Jorden - og et af de sværeste at udforske.

"Det er en stor operation, der ligner en NASA-mission, virkelig, " sagde Amend.

Og ligesom NASA, C-DEBI har, fra grundlæggelsen i 2010, forsøgte at udvide menneskehedens rækkevidde ind i denne uudforskede grænse. Centrets forskere har gjort det til deres mission at forstå dette økosystem, fra det mudrede sediment til de mikroorganismer, der kalder undervandsbunden for deres hjem.

"Vi ønsker at finde ud af, hvilken slags organismer der bor i disse rum. Hvordan ligner de eller forskellige organismer, som vi kender fra det åbne hav eller overfladeverdenen? Hvor mange er der? Hvordan er de fordelt? Hvor forskellige er disse samfund ?" Amend sagde.

Fordi undersøisk økosystem er så stort, det påvirker næsten helt sikkert verdens klima, ifølge Julie Huber, C-DEBI associeret direktør og associeret videnskabsmand ved Marine Biological Laboratory i Massachusetts.

"Vi forsøger at forstå, hvilken rolle disse mikrober spiller i nogle af de mest basale geokemiske processer, og hvordan de påvirker miljøet på vores planet, " hun sagde.

C-DEBI er et National Science Foundation-finansieret Science and Technology Center ledet af 10 videnskabsmænd, inklusive Amend og Huber, repræsenterer otte institutioner i hele USA. Det er også flagskibshubben for forskere, der studerer den dybe biosfære. Centret tilbyder legater og stipendier, samt et robust "K til gråt" uddannelsesprogram, der fremmer STEM-uddannelse for både professionelle og nybegyndere.

Siden lanceringen, forskning produceret af C-DEBI-forskere har resulteret i banebrydende opdagelser, der danner grundlaget for at forstå livet under havet.

En nylig undersøgelse offentliggjort af Doug LaRowe, assisterende professor (forskning) i geovidenskab ved USC Dornsife, karakteriserede marine sedimenter på global skala for første gang. Hans arbejde producerede et skøn over den samlede mængde af havsediment i havene, den gennemsnitlige tykkelse af sedimenttæppet, et skøn over, hvor meget vand der er fanget i disse sedimenter, og temperaturen af ​​sedimenterne og vandet ved havbunden.

Disse tal er utrolig nyttige for forskere, fordi de giver grundlæggende videnskabelig information, der hjælper med at etablere grundlæggende forståelser af den dybe biosfære, forklarede Ændr, som samarbejdede med LaRowe. For eksempel, de fandt ud af, at mængden af ​​vand, der anslås at være fanget i marine sedimenter, er næsten tre gange så stor som den i alle gletsjere og iskapper på tværs af kontinenterne.

"Marine sedimenter viser sig at være det næststørste reservoir af vand efter havet, " sagde Amend. "De er et fjernt sekund – omkring fem procent af mængden af ​​havvand – men nu kan vi begynde at stille spørgsmål om udvekslingen af ​​vand fra havet til sedimenterne samt udvekslingen af ​​masse, næringsstoffer, energi, organismer. Det er enormt for os videnskabsmænd."

I en anden vigtig undersøgelse, C-DEBI-forsker Steve D'Hondt fra University of Rhode Island miskrediterede en langvarig forståelse af marine sedimenter. Forskere troede, at havsedimenter ikke indeholder nogen målbar ilt under et par centimeter. Ser man på prøver fra en lang række steder, D'Hondt fandt ud af, at ilt var, faktisk, stadig målbar helt til den stenede kælder nogle steder, dog ikke alle.

Det er vigtigt, fordi det betyder, at organismerne, der lever i disse sedimenter, kan være iltbrugere. "Den type stofskifte, de udfører, er anderledes end hvad vi plejede at tro, " sagde Amend. "Det var en virkelig, virkelig stort fund."

Ser frem til, Amend sagde, at C-DEBI-forskere vil fokusere deres arbejde på at forstå det mikrobielle liv i den dybe biosfære.

Disse trin er afgørende for videnskabelig opdagelse, men også af en anden grund, sagde Huber.

"Det er den type videnskab, der fanger folks fantasi, og som er så vigtig i træningen af ​​den næste generation af videnskabsmænd." Dem som Zinke.

"Før C-DEBI var der ikke et centralt organ, der sagde, at den dybe biosfære er vigtig, og vi er nødt til at gå frem og studere det, " sagde Zinke. "Men vi ser på de virkelig grundlæggende videnskabelige spørgsmål, der betyder meget i forhold til, hvordan livet udvikler sig, og hvordan havets kemi påvirker vores verden.

"Det har været virkelig fantastisk at være en del af denne forskningsstruktur."