Gli scienziati con il Deep Carbon Observatory (DCO) stanno trasformando la nostra comprensione della vita nelle profondità della Terra e forse in altri mondi. Le loro scoperte suggeriscono che potrebbe esistere una vita abbondante nella sottosuperficie di altri pianeti e lune, anche dove le temperature sono estreme e l'energia e i nutrienti sono scarsi. Hanno anche scoperto che tutta la vita nascosta nella Terra profonda contiene centinaia di volte più carbonio di tutta l'umanità e che la profonda biosfera è quasi il doppio del volume di tutti gli oceani della Terra.
"I modelli esistenti del ciclo del carbonio ... sono ancora in fase di elaborazione." - Dott. Mark Lever, comitato direttivo della comunità Deep Life di DCO. "
Il DCO non è una struttura, ma un gruppo di oltre 1.000 scienziati provenienti da 52 paesi, tra cui geologi, chimici, fisici e biologi. Si stanno avvicinando alla fine di un progetto di 10 anni per studiare in che modo il ciclo del carbonio profondo influenza la Terra. Il 90% del carbonio terrestre si trova all'interno del pianeta e il DCO è il nostro primo sforzo per capirlo davvero.
Il DCO è uno sforzo globale. Squadre di scienziati hanno esplorato alcune delle miniere più profonde sulla Terra, hanno scavato più in profondità nel fondo oceanico che mai e hanno esaminato i vulcani nei loro sforzi per comprendere il profondo ciclo del carbonio della Terra. E non sono ancora del tutto finiti.
Hanno scoperto uno strano mondo sotterraneo che contiene dalle 245 alle 385 volte più carbonio di tutta l'umanità. Secondo il DCO, il 70% dei batteri e degli archei terrestri vive sottoterra ed esiste nel sottosuolo più profondo conosciuto. E alcuni di loro sono zombi.
Alcuni di essi esistono in ambienti con un livello estremamente basso di energia e sostanze nutritive. Crescono a malapena e spendono le loro risorse disponibili per mantenersi, piuttosto che per riprodursi. Questi batteri "zombi" possono vivere per milioni di anni senza riprodursi, una straordinaria scoperta con implicazioni per la storia della vita sulla Terra e l'esistenza della vita su altri mondi.
Per uno sguardo più approfondito al lavoro del DCO, ho parlato con il dott. Mark Lever, un geomicrobiologo e professore presso l'Istituto Federale Svizzero di Tecnologia di Zurigo. Il dottor Lever fa anche parte del comitato direttivo della comunità Deep Life del DCO e ci fornisce maggiori informazioni sul lavoro del DCO, su cosa riserva il futuro e quali sono le implicazioni per la ricerca della vita.
Ciò che segue sono estratti da un'intervista via e-mail con il Dr. Lever che parla del Deep Carbon Cycle e della vita nelle profondità della Terra.
UT: So che gli scienziati sono riluttanti a speculare troppo, per una buona ragione. Ma Space Magazine è principalmente un sito web di scienze spaziali e so che i nostri lettori si chiederanno come questa conoscenza sia correlata alla ricerca della vita nel nostro sistema solare. Marte? Lune di ghiaccio? Altri mondi?
ML: “Si è parlato molto dell'utilizzo delle intuizioni fondamentali acquisite dallo studio del profondo ciclo del carbonio della Terra per esplorare l'abitabilità e il ciclo del carbonio su altri pianeti e lune planetarie all'interno del nostro sistema solare. Simile al Pianeta Terra, che ha una ricca e vasta biosfera nella sua roccia sotterranea e ambienti sedimentari, questi pianeti e le loro lune possono avere una biosfera prolifica e diversificata al di sotto delle loro superfici spesso inabitabili. "
"... il nostro pianeta potrebbe rivelarsi ... il banco di prova perfetto per le tecnologie che consentiranno la scoperta e lo studio dettagliato della vita altrove nel nostro sistema solare e oltre." - Dott. Mark Lever.
"Molte delle tecnologie utilizzate per esplorare la vita profonda sulla Terra, comprese le tecnologie di perforazione che forniscono accesso a campioni privi di contaminazione da chilometri sotto il fondo del mare o da sotto profonde formazioni di ghiaccio antartico e i sofisticati strumenti e strumenti di monitoraggio automatizzati che sono stati sviluppati , sarà essenziale per esplorare questi sistemi extraterrestri ".
"Il nostro pianeta potrebbe rivelarsi - in parte sponsorizzato dal DCO - il banco di prova perfetto per le tecnologie che consentiranno la scoperta e lo studio dettagliato della vita altrove nel nostro sistema solare e oltre."
“Penso anche che le intuizioni scientifiche siano rilevanti per la scoperta e la scoperta della vita su altri pianeti. Uno dei principali obiettivi della ricerca dell'Osservatorio del carbonio profondo è quello di identificare i limiti della vita - e del ciclo biologico del carbonio - sulla Terra. Quali variabili determinano dove la vita può o non può esistere sulla Terra? Everett Shock ha coniato il termine "frangia biotica" per descrivere quel confine immaginario in condizioni ambientali che separa l'abitabile dall'inabitabile ".
"L'interno della Terra è un posto molto promettente per esplorare questa frangia biotica, a causa della vasta gamma di condizioni in termini di temperatura, pH, pressione, spazio dei pori, concentrazioni di nutrienti e disponibilità di energia che si possono trovare lì. Diverse spedizioni (DCO) sono riuscite a perforare sedimenti profondi e formazioni rocciose e sono state in grado di documentare come la biomassa e l'abbondanza della vita diminuiscono gradualmente fino a quando la vita è vicina o inferiore al limite di rilevamento. "
"Se la vita su corpi extraterrestri condivide la stessa o una biochimica simile alla vita sulla Terra, allora una comprensione di ciò che controlla e limita la distribuzione della vita sulla Terra è probabilmente rilevante per questi altri corpi extraterrestri."
"In termini di corpi planetari che abbiamo iniziato ad esplorare in modo più dettagliato, la nostra attuale dimensione del campione è 1. La misura in cui le nostre interpretazioni sono corrette o addirittura universali può essere determinata solo studiando altri corpi planetari oltre quello che stiamo vivendo attualmente su."
UT: Questa nuova conoscenza del ciclo del carbonio della Terra e della profonda biosfera avrà un impatto sulla nostra comprensione del cambiamento climatico, non solo ora ma in un passato più profondo?
ML: “L'obiettivo del Deep Carbon Cycle è stato quello di migliorare la comprensione fondamentale del ciclo del carbonio dalla formazione della Terra. La maggior parte di questa ricerca è fondamentalmente rilevante per i cambiamenti climatici attuali e passati in quanto contribuisce a una migliore comprensione dei fattori che controllano gli scambi di carbonio tra il "mondo di superficie" - l'atmosfera, l'idrosfera e lo strato più esterno della litosfera - e il "Sottosuolo profondo", cioè la maggior parte del pianeta che si trova ovunque da pochi metri a migliaia di chilometri al di sotto dello strato più esterno della litosfera. "
"Anche i minimi cambiamenti negli scambi di carbonio tra la superficie e il mondo sotterraneo avrebbero conseguenze drammatiche per il clima terrestre, in qualsiasi momento della sua storia." - Dott. Mark Lever.
"La comprensione di questi scambi è estremamente importante per comprendere i cambiamenti climatici passati, contemporanei e futuri poiché la quantità di carbonio presente nel" mondo di superficie "è probabilmente solo un decimillesimo della quantità di carbonio presente nei sedimenti sotterranei a livello globale, e forse solo il centomilionesimo della quantità di carbonio presente nella crosta terrestre e nel mantello superiore. "
"Anche i minimi cambiamenti negli scambi di carbonio tra la superficie e il mondo sotterraneo avrebbero conseguenze drammatiche per il clima terrestre, in qualsiasi momento della sua storia."
UT: La profonda biosfera potrebbe aver avuto un ruolo nella ripresa della Terra da eventi di estinzione come l'estinzione Permiano-Triassico? Questa è una domanda enorme, ma c'è un modo per capire la profonda biosfera del passato e come potrebbe essere cambiata nel tempo?
ML: “Il collegamento più diretto che posso vedere con l'estinzione Permiano-Triassico va nella direzione opposta: ci sono prove che più o meno nello stesso periodo, sia che si riferissero a grandi impatti meteorici o meno, ci fu un aumento del rilascio di metano da il metano idrata, cioè il "ghiaccio metano" che si forma a bassa temperatura e ad alta pressione nel fondo del mare. "
“La maggior parte del metano e del metano idrato, che è presente nel fondo del mare, è probabilmente prodotto da microrganismi che vivono da metri a centinaia di metri sotto il fondo del mare. Il rilascio improvviso di vaste quantità del potente metano di gas serra, che è stato prodotto in grandi dimensioni dai microrganismi della biosfera profonda, potrebbe aver contribuito all'estinzione Permiano-Triassico. "
"Ci sono microrganismi negli oceani che mangiano metano e respirano ossigeno. Quando la quantità di metano disciolto è aumentata, questi microrganismi possono aver consumato tutto l'ossigeno disciolto in alcune parti degli oceani e hanno contribuito all'estinzione di molti animali marini che richiedono ossigeno disciolto per respirare e sopravvivere. "
UT: Continuo a pensare alla profonda biosfera come una sorta di "caveau" per materiale genetico terrestre, una sorta di involontaria custodia. Pensi che ci sia qualche precisione in quell'idea?
ML: "Mi piace molto il concetto di" caveau "e penso che abbia senso perché certi tipi di ambiente all'interno della Terra, ad es. le rocce ultramafiche, la crosta basaltica, sono probabilmente rimaste abbastanza simili dall'origine della vita circa quattro miliardi di anni fa. "
"L'idea microbica di" caveau "probabilmente si applica principalmente agli organismi viventi, che hanno meccanismi per riparare le loro informazioni genetiche, cioè DNA e RNA."
"Sembra improbabile che saremo mai in grado di recuperare sequenze geniche intatte dai primi organismi viventi della Terra nella biosfera profonda." - Dr. Mark Lever, DCO.
“Il DNA e l'RNA sono eccellenti fonti energetiche e nutritive per molti microrganismi e rapidamente degradati da questi se rilasciati nell'ambiente. Sono anche distrutti da reazioni chimiche spontanee, che si verificano anche all'interno delle cellule viventi. Le cellule viventi possono rilevare la maggior parte di queste mutazioni spontanee, ripararle e quindi mantenere intatte le informazioni genetiche che consentono loro di sopravvivere. Il DNA o l'RNA di organismi morti, tuttavia, non vengono riparati. "
“Piccole quantità di sequenze di DNA o RNA relativamente intatte possono essere conservate in habitat sotterranei per periodi di tempo di migliaia di anni, o talvolta qualche milione di anni, ma forse non oltre. Sembra improbabile che saremo mai in grado di recuperare sequenze geniche intatte dai primi organismi viventi della Terra nella profonda biosfera. "
UT: Il DCO ha fatto alcune scoperte straordinarie. Qual è il prossimo passo per il DCO e quale pensi che sarà la direzione per la ricerca futura nella profonda biosfera?
ML: “Il periodo di finanziamento del DCO attraverso la Alfred P. Sloan Foundation sta per concludersi nell'autunno 2019. Una grande conferenza finale si terrà presso la National Academy of Sciences di Washington DC il prossimo ottobre, in cui i 10 anni di esistenza del DCO sarà celebrato e verranno esplorate le direzioni future per la scienza profonda legata al carbonio. "
"Ci sono molte discussioni tra gli scienziati del DCO riguardo ai modi per mantenere questa diversa e interdisciplinare comunità di geofisici, geologi, geochimici e microbiologi. Un evento che continuerà a riunirci è una conferenza sul tema della Gordon Research Conference “Deep Carbon Science”, che si è svolta per la prima volta nell'estate 2018 e, grazie al suo grande successo, è programmata per svolgersi ogni due anni da ora in poi. ”
“Una direzione importante è l'importanza dei terremoti nel sostenere la profonda biosfera. I terremoti creano un nuovo habitat per i microrganismi fratturando la crosta terrestre e permettendo ai microbi di colonizzare queste fratture e accedere a fonti di energia derivate dalla roccia, come il ferro ridotto. I terremoti pompano anche fluidi provenienti da fonti profonde che sono ricchi di substrati energetici microbici, come l'idrogeno o il metano, dalle zone interne inabitabili della Terra a zone poco profonde e abitabili, e possono quindi consentire alla vita profonda di proliferare su cicli di boom e frenate in regioni sismicamente attive. ”
UT: Quale pensi che sia la scoperta più emozionante proveniente dal DCO?
"... la finestra di opportunità per scoperte scientifiche fondamentali riguardanti il ciclo del carbonio della Terra rimane vasta." - Dott. Mark Lever, DCO.
“Per me la scoperta più eccitante è forse che il flusso vulcanico di CO2 nell'atmosfera è due volte più alto di quanto si pensasse in precedenza. Questa scoperta - insieme a molte altre del DCO - mostra come i modelli esistenti del ciclo del carbonio, in particolare per quanto riguarda gli scambi di carbonio tra il mondo della superficie e del sottosuolo, siano ancora in corso. Di conseguenza, la finestra di opportunità per le scoperte scientifiche fondamentali riguardanti il ciclo del carbonio della Terra rimane vasta. "
- Sito web dell'Osservatorio Deep Carbon
- Sito web del Centro per le indagini sulla biosfera dell'energia oscura
- DCO Press Release: Life in Deep Earth: dai 15 ai 23 miliardi di tonnellate di carbonio: centinaia di volte più degli umani
