Livet på den dybe jord udgør i alt 15 til 23 milliarder tons kulstof - flere hundrede gange mere end mennesker

Knapt levende "zombie" -bakterier og andre former for liv udgør en enorm mængde kulstof dybt inde i Jordens undergrund - 245 til 385 gange større end kulmassen for alle mennesker på overfladen, ifølge forskere, der nærmer sig afslutningen på et 10-årigt internationalt samarbejde om at afsløre Jordens inderste hemmeligheder.

På tærsklen til American Geophysical Unions årlige møde, forskere med Deep Carbon Observatory rapporterede i dag om flere transformationsfund, herunder hvor meget og hvilken slags liv der eksisterer i den dybe undergrund under de største ekstremer af pres, temperatur, og lav tilgængelighed af næringsstoffer.

Bor 2,5 kilometer ned i havbunden, og prøveudtagning af mikrober fra kontinentale miner og boringer mere end 5 km dybe, forskere har brugt resultaterne til at konstruere modeller af økosystemet dybt inde i planeten.

Med indsigt fra nu hundredvis af steder under kontinenterne og havene, de har tilnærmet størrelsen af ​​den dybe biosfære - 2 til 2,3 milliarder kubikkm (næsten dobbelt så stor som alle oceaner) - samt kulmassen i dybt liv:15 til 23 milliarder tons (i gennemsnit mindst 7,5 ton carbon pr. cu km undergrund).

Værket hjælper også med at bestemme typer af udenjordiske miljøer, der kan understøtte livet.

Blandt mange vigtige opdagelser og indsigter:

• Den dybe biosfære udgør en verden, der kan ses som en slags "underjordisk Galapagos" og omfatter medlemmer af alle tre livsområder:bakterier og archaea (mikrober uden membranbundet kerne), og eukarya (mikrober eller flercellede organismer med celler, der indeholder en kerne såvel som membranbundne organeller)
• To typer mikrober - bakterier og archaea - dominerer Deep Earth. Blandt dem er millioner af forskellige typer, de fleste mangler at blive opdaget eller karakteriseret. Dette såkaldte mikrobielle "mørke stof" udvider dramatisk vores perspektiv på livets træ. Deep Life -forskere siger, at omkring 70% af Jordens bakterier og archaea lever i undergrunden
• Dybe mikrober er ofte meget forskellige fra deres overfladefætre, med livscyklusser på nær-geologiske tidsskalaer, spisning i nogle tilfælde på intet mere end energi fra sten
• Den genetiske mangfoldighed af liv under overfladen er sammenlignelig med eller overstiger den over overfladen
• Mens mikrobielle samfund under overfladen er meget forskellige mellem miljøer, visse slægter og højere taksonomiske grupper er allestedsnærværende-de forekommer på verdensplan
• Mikrobiel samfunds rigdom vedrører alderen på marine sedimenter, hvor celler findes - hvilket tyder på, at i ældre sedimenter, fødevarenergi er faldet over tid, reducere det mikrobielle samfund
• De absolutte grænser for liv på jorden med hensyn til temperatur, tryk, og energitilgængelighed mangler endnu. Rekorderne bliver hele tiden slået. En foregangsmand for Jordens hotteste organisme i den naturlige verden er Geogemma barossii, en encellet organisme, der trives i hydrotermiske ventilationsåbninger på havbunden. Dens celler, små mikroskopiske kugler, vokse og replikere ved 121 grader Celsius (21 grader varmere end vandets kogepunkt). Mikrobielt liv kan overleve op til 122 ° C, rekorden opnået i en laboratoriekultur (til sammenligning, det rekordholdende hotteste sted på jordens overflade, i en ubeboet iransk ørken, er omkring 71 ° C-temperaturen på gennemstegt bøf)
• Rekorddybden, hvor der er fundet liv på den kontinentale undergrund, er cirka 5 km; rekorden i marine farvande er 10,5 km fra havoverfladen, en dybde af ekstremt pres; på 4000 meters dybde, for eksempel, trykket er cirka 400 gange større end ved havets overflade
• Forskere har en bedre forståelse af indvirkningen på livet på steder under jorden manipuleret af mennesker (f.eks. flækkede skifer, kulstofopsamling og -lagring)

Stadig stigende nøjagtighed og de faldende omkostninger ved DNA-sekventering, kombineret med gennembrud inden for dybhavsboreteknologier (banebrydende på det japanske videnskabelige fartøj Chikyu, designet til i sidste ende at bore langt under havbunden i nogle af planetens mest seismisk aktive regioner) gjorde det muligt for forskere at se deres første detaljerede kig på sammensætningen af ​​den dybe biosfære.

Der er sammenlignelige bestræbelser på at bore stadig dybere under kontinentale miljøer, ved hjælp af prøvetagningsudstyr, der opretholder pres for at bevare mikrobielt liv (ingen menes at udgøre nogen trussel eller fordel for menneskers sundhed).

For at estimere den samlede masse af Jordens subkontinentale dybe liv, for eksempel, forskere samlede data om cellekoncentration og mikrobiel mangfoldighed fra steder rundt om i verden.

Ledet af Cara Magnabosco fra Flatiron Institute Center for Computational Biology, New York, og et internationalt team af forskere, forskere under overfladen indregnet i en række overvejelser, herunder global varmestrøm, overfladetemperatur, dybde og litologi - klippernes fysiske egenskaber på hvert sted - for at anslå, at den kontinentale undergrund er vært for 2 til 6 × 10^29 celler.

Kombineret med estimater af underjordisk liv under havene, den samlede globale Deep Earth -biomasse er cirka 15 til 23 petagrammer (15 til 23 milliarder tons) kulstof.

Siger Mitch Sogin fra Marine Biological Laboratory Woods Hole, USA, medformand for DCO's Deep Life-fællesskab med mere end 300 forskere i 34 lande:"At udforske den dybe undergrund ligner at udforske Amazonas regnskov. Der er liv overalt, og overalt er der en frygtindgydende overflod af uventede og usædvanlige organismer.

"Molekylære undersøgelser øger sandsynligheden for, at mikrobielt mørkt stof er meget mere forskelligartet, end hvad vi i øjeblikket ved, at det er, og de dybeste forgreningslinier udfordrer konceptet med tre domæner, der blev introduceret af Carl Woese i 1977. Måske nærmer vi os en forbindelse, hvor de tidligste mulige forgreningsmønstre kan være tilgængelige gennem dybtgående livsundersøgelser.

"Ti år siden, vi vidste langt mindre om fysiologierne hos bakterier og mikrober, der dominerer biosfæren under overfladen, "siger Karen Lloyd, University of Tennessee i Knoxville, USA. "I dag, vi ved det, mange steder, de investerer det meste af deres energi til blot at opretholde deres eksistens og lidt til vækst, hvilket er en fascinerende måde at leve på.

"Også i dag vi ved, at liv under jorden er almindeligt. Ti år siden, vi havde kun udtaget nogle få steder - den slags steder, vi ville forvente at finde liv. Nu, takket være ultradyb prøveudtagning, vi ved, at vi kan finde dem stort set overalt, omend prøvetagningen naturligvis kun har nået en uendelig lille del af den dybe biosfære. "

"Vores undersøgelser af dybe biosfære mikrober har produceret meget ny viden, men også en erkendelse og langt større forståelse for, hvor meget vi endnu mangler at lære om livet under jorden, "siger Rick Colwell, Oregon State University, USA. "For eksempel, forskere kender endnu ikke alle de måder, hvorpå dybt underjordisk liv påvirker overfladelivet og omvendt. Og, for nu, vi kan kun undre os over naturen af ​​de metabolisme, der gør det muligt for livet at overleve under de ekstremt fattige og forbyde betingelser for liv på dyb jord. "

Blandt de mange tilbageværende gåde om dybt liv på Jorden:

Bevægelse: Hvordan spredes dybt liv - sideværts gennem revner i klipper? Op, ned? Hvordan kan dybt liv være så ens i Sydafrika og Seattle, Washington? Havde de lignende oprindelse og blev adskilt af pladetektonik, for eksempel? Eller bevæger samfundene sig selv? Hvilke roller spiller store geologiske begivenheder (såsom pladetektonik, jordskælv; oprettelse af store vulkanske provinser; meteoritiske bombardementer) spiller i dybe livsbevægelser?

Oprindelse: Begyndte livet dybt i Jorden (enten inden i skorpen, nær hydrotermiske ventilationsåbninger, eller i subduktionszoner) migrer derefter op, mod solen? Eller begyndte livet i en varm lille overfladedam og vandrede ned? Hvordan reproducerer mikrobielle zombier under overfladen, eller leve uden at dele sig i millioner til titusinder af år?

Energi: Er metan, brint, eller naturlig stråling (fra uran og andre grundstoffer) den vigtigste energikilde til dybt liv? Hvilke kilder til dyb energi er vigtigst i forskellige indstillinger? Hvordan gør fraværet af næringsstoffer, og ekstreme temperaturer og tryk, påvirke mikrobiel distribution og mangfoldighed i undergrunden?

"Opdagelser vedrørende arten og omfanget af den dybe mikrobielle biosfære er blandt kronen på Deep Carbon Observatory. Forskere fra dybt liv har åbnet vores øjne for bemærkelsesværdige udsigter - nye livssyn, som vi aldrig vidste eksisterede." Siger Robert Hazen, seniorforsker, Geofysisk laboratorium, Carnegie Institution for Science, og DCO's administrerende direktør.

"De er ikke julepynt, men de små kugler og glitter af dybt liv ser ud, de kunne dekorere et træ såvel som Swarovski -glas. Hvorfor ville naturen gøre dybt liv smukt, når der ikke er lys, ingen spejle? "siger Jesse Ausubel fra Rockefeller University, en af ​​grundlæggerne af DCO.