깊은 해저 바위 내부에는 생명이 태양없이 번성합니다

거의 믿을 수 없을 정도로 탄력적 인 미생물 생물은 끓는 온천과 뼈 건조 사막에 산성과 극지 얼음의 웅덩이에 있으며 하늘로 킬로미터, 해저 아래에서 킬로미터입니다. 그리고 과학자들은 우리 태양계를 넘어서도 덜 친숙한 영토에서 미생물을 발견하기를 간절히 원하지만, 그 목록의 마지막 지구에 묶인 국경 인 깊은 지하 표면은 이제 삶의 극단적 인 적응력을 조사하려는 노력을 흥미롭게 발전하고 있습니다.

가볍고 필수 영양소가 불모며 상상할 수없는 압력으로 뭉개져 깊은 지하 표면은 끊임없이 무시할 수없는 것처럼 보이지만 지구에서 가장 큰 서식지 중 하나가되고 있습니다. 더욱이, 그 이상 함은 과학자들이 우리가 거주하는 사람들이 익숙한 사람들과 완전히 다른 에너지 원과 시간 척도에서 작동하는 생물학적 시스템을 고려하도록 강요하고있다.

과학자들은 수십 년 동안 미생물이 어떻게 그리고 어디에서 지속되고, 심지어 바다 아래에서 번성하고, 심지어 태양에서 멀리 떨어져있는 것을 연구 해 왔습니다. 그 작업의 대부분은 해양 퇴적물, 단단히 포장 된 진흙 및 이물질에 중점을 두었습니다. 그러나 그 아래에는 화산암이 있습니다. 그 암석의 삶은 접근 및 분석하기가 훨씬 어렵고 샘플이 부족합니다.

녹스빌 테네시 대학교의 미생물학자인 카렌 로이드 (Karen Lloyd)는“우리는 현재 깊은 지하 미생물 환경의지도가 없다”고 말했다. 결과적으로, 그녀는 다양한 환경을 연구하는 연구자들은“숲에는 바다에 나무가 있고 생선 수영이 있습니다.”

그러나 소수의 새로운 발견이 마침내 그 풍경에 창문을 열었습니다. 또한이 지구와 우주의 다른 곳에서 생명의 기원과 진화를 엿볼 수있었습니다.

태양없는 생명

지구의 지각은 대부분 지질 학자들의 범위였습니다. 미생물 학자들에게도 관심이있을 수 있다는 첫 번째는 연구자들이 일리노이의 깊은 오일 우물에 박테리아의 존재를보고 한 1926 년에 나왔습니다. 그러나 이러한 발견은 수십 년 동안 심각하게 받아 들여지지 않을 것입니다. 샘플의 오염은 지구상의 다른 곳에서 생명을 지원하는 태양 중심의 광합성에서 끊어진 모든 것이 끊어 질 수있는 가능성보다 훨씬 더 많은 것처럼 보였습니다. (1950 년대에 한 쌍의 미생물 학자들이 일련의 실험을 수행하여 생물권의 바닥을 해저 아래 몇 미터 아래에 퇴적물에 고정 시켰습니다.)

1977 년에 모든 것이 바뀌기 시작했습니다. 과학자들은 잠수함에 탑승하여 갈라파고스 섬 근처의 두 개의 지각 판 사이에 퍼진 바다 릿지를 탐험하고 첫 번째 열수 통풍구를 발견했습니다. 그곳에서, 지구는 스케일딩 홀, 미네랄이 풍부한 액체가 바위의 균열에서 튀어 나와 매우 차가운 해수와 혼합되면서 검은 연기의 illows를 쫓아 냈습니다. 그 통풍구 주변에서 튜브 벌레, 거대한 조개 및 눈없는 새우를 포함하여 전체 생태계가 번성했으며,이를 유지 한 많은 미생물이 나타났습니다. 토론토 대학의 지질 학자 인 바바라 셔우드 롤러 (Barbara Sherwood Lollar)는“이 어둡고 깊은 바다에서는 생명을 찾을 것으로 기대하지 않았다. 그리고 그것은“우리가 몰랐던 것처럼 말 그대로 삶이었습니다.”

처음으로 과학자들은 태양에 의존하지 않은 지구상에 생태계가있을 수 있음을 깨달았습니다. 미생물은 태양 에너지가 아니라 통풍구에서 방출 된 미네랄과 화학 물질에 의해 구동되었습니다. 그들은 삶이 무엇인지, 그리고 그 한계가 어디에 있는지 도전했습니다.

1980 년대와 90 년대에 과학자들은 대륙과 바다 아래의 바위가 비 생물 반응만으로는 불가능한 풍화를 보여주었습니다. 육지와 바다에서 시추 프로젝트는 모든 종류의 환경에서 살아있는 세포와 DNA 서열을 밝혀 냈으며, 연구원들은 지하 미생물이 숨겨져 있고 광범위한 다수를 구성하여 위의 세계에서 발견 된 미생물 세포를 크게 추적했다고 추측했습니다. 실제로 현재 추정치는 10 세포의 순서에 지하 미생물의 수를 넣었습니다. 매사추세츠의 Woods Hole Oceanographic Institution의 해양 미생물 학자 인 Virginia Edgcomb는“깊은 생물권”은“광범위합니다. 미생물학 자의 관심을 사로 잡은 것은 [잠재적] 범위였습니다.”

그리고 그들은 그 이후로 그 광범위한 영역을 보았습니다.

좀비 세포는 다른 클록을 따릅니다

해저 아래의 영역은 퇴적물과 암석의 두 가지 정권으로 나눌 수 있습니다. 전자는 바다 바닥에 축적되는 진흙과 이물질로 구성됩니다. 이 층은 구조에서 밀도가 높은 스폰지와 비슷합니다. 무게의 90 %가 물일 수 있지만 효율적으로 흐르는 것은 없습니다. 유체와 화학 화합물은 대신 천천히 확산됩니다. 미생물 세포는 본질적으로 에너지에 사용할 수있는 문제와 함께 묻혀 있습니다.

얕은 지역, 특히 영양소가 더 풍부한 해안 근처 에서이 매장 된 생명은 번성합니다. 수백만 또는 10 억 미생물 세포가 해당 퇴적물의 입방 센티미터에 거할 수 있습니다. 연구자들이 더 깊이 파고 들면서 더 적은 세포를 찾습니다.

그러나 그들은 항상 무언가를 찾는 것 같습니다. 그들은 해저 아래 2,500 미터까지 퇴적물을 파헤 쳤습니다. 여기서 입방 센티미터 당 몇 개의 세포 만 발견하여 탐지 능력의 한계에 접근했습니다.

이 세포들은 적어도 우리의 표준에 의해 거의 살아있는 것처럼 보입니다. 그들은 매우 느리게, 거의 나누지 않고, 에너지 소비는 때때로 표면 서식지에 사는 세포보다 6 배 낮습니다. Oregon State University의 해양 생태 학자 인 Martin Fisk는“한 번만 분할하는 데 100 년 또는 1,000 년이 걸릴 수 있습니다. "그들은 매우 천천히 계속 가고 있습니다."

로드 아일랜드 대학교의 해양 작가 인 Steve D 'Hondt는이를“좀비 세포”라고 부릅니다. 그러나 그들은 실제로 살아 있습니다. 그들은 단순히 친숙한 시간 척도에서 작동하지 않습니다. 세포의 활동에 대한 우리의 관찰은 나무의 삶에 대한 Mayfly의 경험과 유사 할 수 있습니다. 곤충은 나무가 어떻게 발달하고 유지되는지에 대한 진정한 이해를 얻기 전에 잘 죽습니다.

그러나 퇴적물 아래에있는 현무암 바위에서 다른 일이 일어나고있을 수 있습니다. 딱딱한 진흙과는 달리, 그 암석에는 해수가 순환하는 모공과 균열과 균열이 있으며,이를 통해 미생물이 먹을 수있는 유기물

불행히도, 그 암석에서 오염되지 않은 샘플을 관통하고 얻는 것은 훨씬 더 어려운 일입니다. 퇴적물은 본질적으로 파이프를 진흙으로 수직으로 운전하여 샘플링 할 수 있지만, 바위는 너무 어렵습니다. 과학자들은 대신 해수와 진흙의 유체 혼합물뿐만 아니라 드릴을 사용해야합니다.이 과정은 샘플의 가장자리와 틈새를 생물학적 물질로 더 높은 곳에서 오염시킵니다.

따라서 미생물 학자들은 암석 내부에 살고있는 것을 조사하기 위해 그것을 청소하고, 알코올로 헹구고, 표면을 불 태우고, 부서야합니다. 그럼에도 불구하고, 이러한 방법은 매우 제한된 수의 세포를 발견하는 경향이 있으며, 사진 증거가 동반되지 않으면 서“샘플링되는 것이 실제로 오염이 아니라는 것을 증명하기가 항상 어렵다”고 뮌헨 대학교의 지오메트리 생물학 자 윌리엄 오시 (William Orsi)는 말했다.

현무암의 생명을 조사한 소수의 연구의 대부분은 열수 통풍구 또는 새로 만든 해저 근처의 암석에 초점을 맞추 었습니다. 해수가 미생물의 음식 공급을 가장 쉽게 순환하고 보충 할 수있는 어린 암석에 있기 때문입니다. 이러한 암석은 또한 화학적으로 반응성이 높으며 특정 "암석을 먹는"미생물은 이러한 반응을 에너지 원으로 사용할 수 있습니다.

그러나 현무암이 냉각되어 형성된 위치에서 멀어지면 해저를 따라 하위 섭입 구역을 향해 더 많은 균열과 모공이 침전 된 미네랄로 가득 차서이보다 활성 유체 흐름을 방지하고 더 분리 된 시스템으로 이어집니다. 그러한 조건에서 삶이 살아남을 수 있는지는 확실하지 않았습니다. 지금까지

고대 현무암 내부의 세포

지난 달, 일본의 과학자 팀은 2010 년 시추 원정으로 수집 한 현무암의 생명을 바다 아래의 빵 껍질로 120 미터로 3,300 만에서 1 억 3 천 3 백만 년 사이에 바위로보고했습니다. 연구에 참여하지 않은 로이드에 따르면 바위의 나이는 흥미로웠다. "그것이 형성되었을 때, 공룡은 지구를 걷고 있었다."

그러나 훨씬 더 화려 함은 미생물이 암석에서 자라는 밀도였습니다. 연구자들은 새로운 기술을 사용하여 샘플의 세포를 정확하게 열거 한 결과 미생물이 현무암의 미네랄로 채워진 균열의 특정 부분 집합에 집중되어 있음을 발견했습니다. 그곳에서 그들은 바이오 필름과 같은 것을 형성하여 입방 센티미터 당 100 억 세포에 도달했습니다. 도쿄 대학의 지구 과학자이자 연구의 수석 저자 인 요 헤이 스즈키 (Yohey Suzuki)는“[우리는] 오래되고 춥고 하드 바위에 너무 많은 세포가있을 것이라고 생각하지 않았다.

연구원들은 또한 세포가 어떤 유형의 미네랄을했는지, 그와 연관시키지 않은 어떤 유형의 미네랄을 매핑 할 수있었습니다. 그들은 박테리아가 미네랄에 갇힌 유기물로 살아 남아 살아남 았다고 주장합니다.

텍사스 A &M 대학교의 생물 지 화학자 인 제이슨 실바 (Jason Sylvan)는“이것은 우리가 지금 알고있는 훨씬 더 많은 해저가 미생물 생활을 주최해야한다는 것을 훨씬 더 많이 열어줍니다.

실제로, 그것은 인생의 레시피가 이전에 예상했던 것보다 덜 엄격 할 수 있음을 시사합니다. 아마도 그것을 유지하는 데 필요한 모든 것은 암석과 액체 흐름의 조합 일 것입니다.

그것은 완전히 새로운 아이디어가 아닙니다. 남아프리카와 캐나다와 같은 곳에서는 가장 오래된 해저 현무암보다 수십억 년 더 오래된 암석으로 내려가는 지상의 깊은 광산에서 일하면서 지난 10 년간 이것을 암시했습니다. Sherwood Lollar는 Princeton University의 Tullis Onstott 및 다른 동료들과 함께 긴 지질 학적 시간 규모로 지하 깊은 지하로 분리 된 물의 시스템 인“숨겨진 수력 지구”라고 부르는 것을 연구하기 위해 광산을 모험했습니다. 어떤 경우에는 수백만 또는 수십억 년 동안 표면 환경 요인에 노출되지 않은 물을 발견했습니다.

그리고 그 억만 살짜리 물에서 연구원들은 생명을 찾았습니다.

또한 방사성 분해라는 비 생물 적 과정으로부터 에너지를 얻음으로써 미생물이 지속된다는 증거를 발견했으며, 그 동안 암석에 의해 방사선이 방출되는 방사선은 시스템에서 물과 반응하여 수소를 방출하여 세포가 다양한 형태로 연료로 사용할 수 있습니다. 그것은 과학자들에게 흥미로운 질문이되었습니다. 방사선 분석이 지하 수면의 많은 부분을 주도하는 대안 과정이 될 수 있습니까?

Orsi는 방사선 분석이 어디에서나 발생한다는 점을 감안할 때“바다 깊은 생명을 지원할 수도있다”고 말했다. “아무도 모른다.”

유체 흐름이 많고 분명한 분리가 덜한 해양 환경에서 증거를 얻는 것이 훨씬 어렵습니다. 그러나 오래된 서브 시어 플로어 현무암에 대한 연구에 참여한 D 'Hondt는 최근에 박테리아가 방사선 분석에 의존 할 수 있다고 박테리아가 발견했다고 주장합니다. "이러한 세포 밀도를 지원하기에 충분한 유기물 출혈이 상상하기는 어렵다"고 그는 말했다. 아마도 방사성 분해는 그림의 일부일 것입니다. 미네랄 충전 덕분에 서식지의 상대적 고립은 미래의 연구를위한 흥미로운 주제입니다.

델라웨어 대학교의 해양 과학자 인 제니퍼 비들 (Jennifer Biddle)은“최소한, 우리는 기본적으로 [지상] 작업에서 생명이 물이있는 거의 모든 틈새에 들어갈 수 있다는 것을 배웠습니다. 이제 스즈키, D 'Hondt 및 그들의 팀이 수행 한 작업은“해양 환경이 지상 환경과 같은 규칙을 따르고 있음을 보여주고 있습니다. 공간과 물이있는 한 무언가가있을 가능성이 있습니다. 어쩌면 그것은 방사선 분해에도 적용될 수 있습니다.

그럼에도 불구하고, 그것은 과학자들에게 중요한 교훈을 가르칩니다. 심해의 삶을 이해하려면 바위를 볼 수는 없습니다. 또한 물이 흐르는 방식 또는 그렇지 않은 물을 연구해야합니다. 여러 그룹이 현재 전 세계 현무암 시스템 에서이 작업을 수행하고 있습니다.

그리고 그것은 삶의 잠재적 한계를 시각화하는 새로운 방법을 제공합니다. 전통적으로 연구자들은 삶이 온도에 의해 가장 자주 제한된다는 가설을 세웁니다. 섭씨 약 120도 이상, 가장 단단한 미생물 세포조차도 분리되어 죽습니다. 그러나 또 다른 주요 요인은이 중요한 유체 흐름 인 것 같습니다. D 'Hondt는 온도가 충분히 시원하게 유지되는 한“해수가 침투 할 수있는만큼 깊이 갈 수있다”고 말했다.

아마도 가장 중요한 것은 유체 흐름에 대한 그러한 연구가 삶의 기원과 진화를 면밀히 조사 할 수있는 새로운 렌즈를 제공합니다.

지구 내부와 그 너머의

Sherwood Lollar는 열수 통풍구가 발견 된 이래로“우리는 삶의 기원에 관한 한 다윈의 '따뜻한 작은 연못'이라는 아이디어에서 바뀌는 것을 보았습니다. 이제 우리는 따뜻한 작은 연못이나 열수 통풍구를 고려할 필요가 없지만 Onstott가“따뜻한 작은 골절”이라고 불렀습니다. 특히 초기 지구의 표면을 특징으로하는 폭격 및 기타 적대적인 환경 요인을 고려할 때. "당신은 화산암과 물이 있고, 최근 에이 가능성을 모델링 한 Fisk는 말했다.

즉, 인생이 지구의 표면에서 시작되었을 수 있으며, 그곳에서 더 깊은 환경을 포함하여 생존하고 퍼지는 창의적인 방법을 찾았습니다. 그러나 바위와 물 사이의 우연한 시점에서 삶이 지하에 시작되었을 수도 있습니다. 결국 표면으로 향하고 태양의 에너지를 활용하는 방법을 알아 냈습니다. (이 메모에서, 광합성 의존적 표면 수명과 방사선 분해-의존적 지하 수명은 지금까지 고대의 공유 조상을 가지고있는 것으로 밝혀졌다. 그러나 일부 연구자들은 생명이 지구상에서“두 번째 창세기”에서 두 번 이상 진화 할 수있는 가능성에 흥미를 느낀다.)

결과적으로, 화성, 토성의 달 enceladus 및 우리 태양계를 넘어서서 외계 행성에 대한 생명을 찾는 데 큰 영향을 미칩니다. Fisk는 우주 전체의 물과 화산암의 유병률을 감안할 때“인생은 어디서나 시작될 수있었습니다.”라고 Fisk는 말했습니다.

D 'Hondt는 동의했다. "문자 그대로 보편적 인 관점에서 볼 때, 그것은 모든 종류의 행성에서 생명을 유지할 수있는 잠재력을 열어줍니다." "광합성과 무관 한 다른 세계에는 생명이있을 수 있습니다."

훨씬 더 흥미로운 삶은 아마도 표면에있는 방식과는 매우 다르게 진화하고 적응할 수 있습니다. 해저 아래의 세포가 얼마나 느리게 자라는지를 감안할 때 훨씬 더 점진적인 시간 척도에 적응할 수 있습니까?

젊은 퇴적물에서 수행 된 몇 가지 예비 연구는 그러한 진화에 대한 증거를 찾지 못했지만 한 가지 유형의 깊은 지하 환경을 다루었으며 그때까지도 약 10,000 년 만 거슬러 올라갑니다. 느린 종류의 자연 선택이 역할을 수행하기에 충분한 시간이 아닐 수도 있습니다. "백만 년 또는 1 천만 년을 되돌아 가면 어떨까요?" Orsi가 물었다.

스즈키와 D 'Hondt가 검사 한 현무암과 같은 다른 하위 시바닥 환경뿐만 아니라 오래된 퇴적물은 새로운 통찰력을 가질 수 있습니다. Lloyd는“가능성을 더 크고 더 큰 시간 규모로 확장 할 때”와 컨텍스트는“그러면 진화를위한 더 넓은 드라이버가 있습니다.”

지금도 과학자들은 계속해서 더 깊이 밀고 있습니다. 자연 에 출판 된 논문 3 월에 Edgcomb가 주도한 3 월에는 현재까지 가장 야심 찬 추진력 중 하나의 결과를 자세히 설명했습니다. 그들은 해저 아래에서 거의 800 미터 아래로 뚫린 위치에서 아래쪽 바다 빵 껍질이 표면에 더 가까워지는 곳. 그곳에서 그들은 마그마가 더 천천히 식힐 때 형성되는 Gabbro 암석을 샘플링했습니다. 일반적으로 현무암 아래에서 발견되고 맨틀의 일종의 창문으로 간주되며 초기 지구의 암석 환경이 어떻게 생겼는지에 대한 것으로 간주됩니다. 그리고 그 암석에서 과학자들은 수많은 세포를보고했습니다.이 세포는 다시 한 번 해수의 흐름에서 얻은 영양소에서 살아남은 것처럼 보였습니다. ORSI를 포함한 다른 연구자들은 해당 샘플이 오염 될 가능성에 대한 우려를 제기했지만 향후 분석이 생명을 밝힐 것으로 예상합니다.

Edgcomb은 무엇이든 상관없이 Jurassic Park 에서 유명한 라인을 반향한다고 말했다. ,“인생은 길을 찾습니다.”

이 기사는 에 재 인쇄되었습니다 theatlantic.com .