Para ilmuwan dengan Deep Carbon Observatory (DCO) mengubah pemahaman kita tentang kehidupan jauh di dalam Bumi, dan mungkin di dunia lain. Penemuan mereka menunjukkan bahwa kehidupan yang melimpah bisa ada di sub-permukaan planet dan bulan lain, bahkan ketika suhu ekstrem, dan energi dan nutrisi langka. Mereka juga menemukan bahwa semua kehidupan yang tersembunyi di Bumi yang dalam mengandung ratusan kali lebih banyak karbon daripada seluruh umat manusia, dan bahwa biosfer yang dalam hampir dua kali lipat volume semua lautan di Bumi.
"Model siklus karbon yang ada ... masih dalam proses." - Dr. Mark Lever, Komite Pengarah Komunitas Deep Life DCO. ”
DCO bukan fasilitas, tetapi sekelompok lebih dari 1.000 ilmuwan dari 52 negara, termasuk ahli geologi, ahli kimia, ahli fisika, dan ahli biologi. Mereka mendekati akhir proyek 10 tahun untuk menyelidiki bagaimana Siklus Karbon Dalam mempengaruhi Bumi. 90% karbon Bumi ada di dalam planet ini, dan DCO adalah upaya pertama kita untuk benar-benar memahaminya.
DCO adalah upaya global. Tim ilmuwan telah menjelajahi beberapa tambang terdalam di Bumi, mengebor lebih dalam ke dasar laut daripada sebelumnya, dan meneliti gunung api dalam upaya mereka untuk memahami siklus karbon dalam Bumi. Dan mereka belum selesai.
Mereka telah menemukan dunia bawah tanah yang aneh yang menyimpan antara 245 hingga 385 kali lebih banyak karbon dari seluruh umat manusia. Menurut DCO, 70% dari bakteri dan archaea bumi hidup di bawah tanah, dan mereka ada di bawah permukaan yang dikenal paling dalam. Dan beberapa dari mereka adalah zombie.
Beberapa dari mereka ada di lingkungan yang sangat rendah energi dan nutrisi. Mereka nyaris tidak tumbuh sama sekali, dan menghabiskan sumber daya yang tersedia untuk mempertahankan diri mereka sendiri, bukan untuk mereproduksi. Bakteri "zombie" ini dapat hidup selama jutaan tahun tanpa bereproduksi, penemuan yang menakjubkan dengan implikasi bagi sejarah kehidupan di Bumi, dan keberadaan kehidupan di dunia lain.
Untuk melihat lebih dalam tentang pekerjaan DCO, saya berbicara dengan Dr. Mark Lever, seorang Geomicrobiologist dan profesor di Institut Teknologi Federal Swiss di Zurich. Lever juga berada di Komite Pengarah Komunitas Kehidupan Dalam DCO, dan dia memberi kita lebih banyak wawasan tentang pekerjaan DCO, apa yang akan terjadi di masa depan, dan apa implikasinya bagi Pencarian untuk Kehidupan.
Berikut ini adalah kutipan dari wawancara email dengan Dr. Lever yang membahas Siklus Karbon Dalam dan kehidupan jauh di dalam Bumi.
UT: Saya tahu para ilmuwan enggan berspekulasi terlalu banyak, untuk alasan yang baik. Tapi Space Magazine pada dasarnya adalah situs web sains luar angkasa, dan saya tahu pembaca kami akan bertanya-tanya bagaimana pengetahuan ini berhubungan dengan Pencarian untuk Kehidupan di Tata Surya kita. Mars? Ice Moons? Dunia lain?
ML: “Ada banyak pembicaraan tentang penggunaan wawasan mendasar yang diperoleh dari mempelajari siklus karbon dalam Bumi untuk mengeksplorasi kelayakhunian dan bersepeda karbon di planet lain dan bulan-bulan planet di dalam tata surya kita. Mirip dengan Planet Bumi, yang memiliki biosfer yang kaya dan luas di batuan bawah permukaan dan lingkungan sedimennya, planet-planet ini dan bulan-bulannya mungkin memiliki biosfer yang produktif dan beragam di bawah permukaannya yang sering tidak dapat dihuni. ”
"... planet kita mungkin berubah menjadi ... tempat uji sempurna untuk teknologi yang akan memungkinkan penemuan dan studi rinci tentang kehidupan di tempat lain di tata surya kita dan di luar." - Dr. Mark Lever.
“Banyak teknologi yang digunakan untuk mengeksplorasi kehidupan dalam di Bumi, termasuk teknologi pengeboran yang menyediakan akses ke sampel bebas kontaminasi dari kilometer di bawah dasar laut atau dari formasi es Antartika di bawah, dan alat dan instrumen pemantauan otomatis canggih yang telah dikembangkan , akan sangat penting untuk menjelajahi sistem luar angkasa ini. "
"Planet kita mungkin berubah menjadi - sebagian disponsori oleh DCO - tempat uji sempurna untuk teknologi yang akan memungkinkan penemuan dan studi rinci tentang kehidupan di tempat lain di tata surya kita dan di luar."
“Saya juga berpikir wawasan ilmiah relevan dengan penemuan dan penemuan kehidupan di planet lain. Salah satu fokus utama penelitian oleh Deep Carbon Observatory adalah untuk mengidentifikasi batas-batas kehidupan - dan siklus karbon biologis - di Bumi. Variabel mana yang menentukan di mana kehidupan bisa atau tidak bisa ada di Bumi? Everett Shock telah dengan tepat menciptakan istilah "pinggiran biotik" untuk menggambarkan batas imajiner dalam kondisi lingkungan yang memisahkan yang dapat dihuni dari yang tidak dapat dihuni. "
"Bagian dalam bumi adalah tempat yang sangat menjanjikan untuk menjelajahi pinggiran biotik ini, karena rentang luas dalam kondisi dalam hal suhu, pH, tekanan, ruang pori, konsentrasi nutrisi, dan ketersediaan energi yang dapat ditemukan di sana. Beberapa ekspedisi (DCO) telah berhasil mengebor sedimen dan formasi batuan dalam dan mampu mendokumentasikan bagaimana biomassa dan kelimpahan kehidupan berkurang secara bertahap sampai kehidupan dekat atau di bawah batas deteksi. "
"Jika kehidupan pada benda-benda luar angkasa memiliki biokimia yang sama atau serupa dengan kehidupan di Bumi, maka pemahaman tentang apa yang mengontrol dan membatasi distribusi kehidupan di Bumi kemungkinan relevan untuk benda-benda luar angkasa lainnya."
“Dalam hal benda-benda planet yang telah kami mulai jelajahi secara lebih rinci, ukuran sampel kami saat ini adalah 1. Sejauh mana interpretasi kami benar atau bahkan universal hanya dapat ditentukan dengan mempelajari benda-benda planet tambahan di luar yang sedang kita tinggali saat ini. di."
UT: Akankah pengetahuan baru tentang siklus karbon Bumi dan biosfer yang dalam ini berdampak pada pemahaman kita tentang perubahan iklim, tidak hanya sekarang tetapi di masa lalu yang lebih dalam?
ML: “Tujuan dari Siklus Karbon Dalam adalah untuk meningkatkan pemahaman mendasar tentang siklus karbon sejak pembentukan Bumi. Sebagian besar penelitian ini secara fundamental relevan dengan perubahan iklim saat ini dan masa lalu karena berkontribusi terhadap pemahaman yang lebih baik tentang faktor-faktor yang mengendalikan pertukaran karbon antara "dunia permukaan" - atmosfer, hidrosfer dan lapisan terluar litosfer — dan "Deep bawah permukaan", yaitu sebagian besar planet yang terletak di mana saja dari beberapa meter hingga ribuan kilometer di bawah lapisan terluar dari litosfer. "
"Bahkan perubahan sekecil apa pun dalam pertukaran karbon antara permukaan dan dunia bawah permukaan akan memiliki konsekuensi dramatis bagi iklim Bumi - setiap saat sepanjang sejarahnya." - Dr. Mark Lever.
“Memahami pertukaran ini sangat penting untuk memahami perubahan iklim masa lalu, kontemporer, dan masa depan karena jumlah karbon yang ada di“ permukaan dunia ”mungkin hanya sepersepuluh dari jumlah karbon yang ada di sedimen bawah permukaan secara global, dan mungkin hanya sepersejuta dari jumlah karbon yang ada di kerak bumi dan mantel atas. "
"Bahkan perubahan sekecil apa pun dalam pertukaran karbon antara permukaan dan dunia bawah permukaan akan memiliki konsekuensi dramatis bagi iklim Bumi - setiap saat sepanjang sejarahnya."
UT: Bisakah biosfer yang dalam memainkan peran dalam pemulihan Bumi dari peristiwa kepunahan seperti kepunahan Permian-Triassic? Itu pertanyaan besar, tetapi apakah ada cara untuk memahami biosfer yang dalam di masa lalu dan bagaimana hal itu mungkin berubah seiring waktu?
ML: “Tautan paling langsung yang bisa saya lihat pada kepunahan Permian-Trias pergi ke arah lain: ada bukti bahwa pada waktu yang sama, apakah terkait dengan dampak meteorik besar atau tidak, ada peningkatan pelepasan metana dari metana hidrat, yaitu "es metana" yang terbentuk pada suhu rendah dan di bawah tekanan tinggi di dasar laut. "
“Sebagian besar metana, dan metana hidrat, yang ada di dasar laut kemungkinan dihasilkan oleh mikroorganisme meter hidup hingga ratusan meter di bawah dasar laut. Pelepasan mendadak sejumlah besar metana gas rumah kaca yang potensial, yang diproduksi oleh mikroorganisme di biosfer yang dalam, mungkin telah berkontribusi pada kepunahan Permian-Triassic. ”
“Ada mikroorganisme di lautan yang memakan metana dan menghirup oksigen. Ketika jumlah metana terlarut meningkat, mikroorganisme ini mungkin telah menggunakan semua oksigen terlarut di bagian lautan, dan berkontribusi pada kepunahan banyak hewan laut yang membutuhkan oksigen terlarut untuk bernafas dan bertahan hidup. "
UT: Saya terus berpikir tentang biosfer yang dalam sebagai semacam "lemari besi" untuk materi genetik Bumi, semacam penyimpanan yang tidak disengaja. Apakah menurut Anda ada keakuratan pada gagasan itu?
ML: "Saya sangat menyukai konsep" lemari besi ", dan berpikir itu masuk akal karena jenis lingkungan tertentu dari interior bumi, mis. batuan ultramafik, kerak basaltik, mungkin tetap serupa sejak asal usul kehidupan sekitar empat miliar tahun yang lalu. ”
"Gagasan" kubah "mikroba mungkin terutama berlaku untuk organisme hidup, yang memiliki mekanisme untuk memperbaiki informasi genetik mereka, yaitu DNA dan RNA."
“Tampaknya tidak mungkin bahwa kita akan pernah dapat memulihkan sekuens gen utuh dari organisme paling awal di Bumi di biosfer yang dalam.” - Dr. Mark Lever, DCO.
“DNA dan RNA adalah sumber energi dan nutrisi yang sangat baik bagi banyak mikroorganisme, dan dengan cepat terdegradasi oleh mikroorganisme ini jika dilepaskan ke lingkungan. Mereka juga dihancurkan oleh reaksi kimia spontan - yang terjadi bahkan di dalam sel hidup. Sel-sel hidup dapat mendeteksi sebagian besar mutasi spontan ini, memperbaikinya, dan dengan demikian mempertahankan informasi genetik yang utuh yang memungkinkan mereka untuk tetap hidup. Namun, DNA atau RNA dari organisme mati tidak diperbaiki. ”
“Sejumlah kecil urutan DNA atau RNA yang relatif utuh dapat dipertahankan di habitat bawah permukaan selama periode waktu ribuan tahun, atau kadang-kadang beberapa juta tahun, tetapi mungkin tidak lebih dari itu. Tampaknya tidak mungkin bahwa kita akan pernah dapat memulihkan sekuens gen utuh dari organisme paling awal di Bumi di biosfer yang dalam. "
UT: DCO telah membuat beberapa penemuan menakjubkan. Apa yang selanjutnya untuk DCO, dan apa yang menurut Anda akan menjadi arah untuk penelitian masa depan ke dalam biosfer yang dalam?
ML: “Periode pendanaan DCO melalui Alfred P. Sloan Foundation akan berakhir pada musim gugur 2019. Sebuah konferensi akhir besar akan diadakan di Akademi Ilmu Pengetahuan Nasional di Washington DC Oktober mendatang, di mana 10 tahun keberadaan DCO akan dirayakan, dan arahan masa depan untuk sains terkait karbon dalam akan dieksplorasi. "
“Ada banyak diskusi di antara para ilmuwan DCO mengenai cara-cara untuk mempertahankan komunitas geofisika, antar-disiplin ilmu lintas disiplin yang beragam, ahli geokimia, dan ahli mikrobiologi. Satu peristiwa yang akan terus menyatukan kita adalah Konferensi Penelitian Gordon bertema "Ilmu Karbon Dalam", yang berlangsung untuk pertama kalinya di musim panas 2018, dan - karena keberhasilannya yang besar - dijadwalkan akan terjadi setiap dua tahun mulai sekarang. ”
“Satu arah penting adalah pentingnya gempa bumi dalam mendukung biosfer yang dalam. Gempa bumi menciptakan habitat baru bagi mikroorganisme dengan memecah kerak bumi dan memungkinkan mikroba untuk mengkolonisasi fraktur ini dan mengakses sumber energi turunan batuan, seperti besi yang dikurangi. Gempa bumi juga memompa cairan bersumber dalam yang kaya akan substrat energi mikroba, seperti hidrogen atau metana, dari bagian dalam Bumi yang tidak dapat dihuni menjadi zona yang lebih layak dihuni, dan dengan demikian memungkinkan kehidupan dalam berkembang biak pada siklus boom dan bust di wilayah aktif secara seismik. ”
UT: Apa yang menurut Anda secara pribadi adalah penemuan paling menarik yang datang dari DCO?
"... jendela peluang untuk penemuan ilmiah mendasar tentang siklus karbon Bumi tetap luas." - Dr. Mark Lever, DCO.
“Bagi saya temuan yang paling menarik mungkin adalah fluks CO2 vulkanik ke atmosfer dua kali lebih tinggi dari perkiraan sebelumnya. Temuan ini - bersama dengan banyak lainnya oleh DCO - menunjukkan bagaimana model siklus karbon yang ada, khususnya yang berkaitan dengan pertukaran karbon antara permukaan dan dunia bawah permukaan, masih dalam proses. Konsekuensinya, jendela peluang untuk penemuan ilmiah mendasar mengenai siklus karbon Bumi tetap luas. "
- Situs Observatorium Karbon Dalam
- Situs Web Pusat Investigasi Biosfer Energi Gelap
- Siaran Pers DCO: Kehidupan di Bumi yang Mendalam Total 15 hingga 23 Miliar Ton Karbon — Ratusan Kali Lebih dari Manusia
