Muutaman kilometrin päässä Wyomingista, Lovellista etelään, lähellä Montanan rajaa, Burlingtonin pohjoinen rautatie aloittaa asteittaisen kiivetä laitumilta ja puuvillalehtoista. Rata nousee hunajanväriseksi rotkoksi, joka on leikattu Madisonin kalkkikiven läpi, muodostuma, joka oli jo muinainen siihen aikaan, kun dinosaurukset vaelsivat Wyomingin merenrantoja, kulkee sitten maanalaisen kammion yläpuolelle, 30 jalkaa alapuolelle, joka tunnetaan nimellä Ala-Kane-luola. Luolan sisäänkäynti on melkein näkymätön, halkeama on melkein haudattu rautatien penkereen jyrkästi kasattuun rakoon.
Asiaan liittyvä sisältö
- Elämän alkuperä
- EcoCenter: Maa
Kompastuen tämän nilkkaa kiertävän rinteen tutkijaryhmän taakse, löysin jalat ensin 30-tuumaisen halkeaman läpi. Tuplaantunut ja sänkymällä tiensä eteenpäin synkkyydessä, liukasin nopeasti kulkevaan virtaan ja kampelin nelinpelissä ennen kuin löysin tarpeeksi tilaa seisomaan pystyssä mutarannalla. Silmäni sopeutuivat pian ajovalaisimen himmeään hehkuun, mutta ihoni pysyi tahmeana; Toisin kuin useimmissa tällä leveysasteella olevissa luolissa, jotka pysyvät miellyttävän viileinä ympäri vuoden, Ala-Kaneen lämpötila on epämukavaan kostea 75 astetta. Kurkkuun tarttui kirpeä, mätä haju.
Ala-Kaneessa ei ole yhtään maanalaisten turistikohteiden, kuten New Mexico's Carlsbad Caverns tai Kentucky's MammothCave, kuohuviinipylväitä tai kalkkikiviverkkoja. Hiukan suurempi kuin tyypillinen New Yorkin metroasema, Ala-Kaneesta puuttuu edes nöyrin stalaktiitti. Kuitenkin tämä käsittämätön luola on osoittautunut tieteelliseksi kultakaivokseksi, joka vetää kosteisiin syvyytensä energisen tutkijaryhmän, jota johtaa Texasin yliopiston Annette Summers Engel. Ympäristönsä suojavarjot suojaavat myrkyllisiltä kaasuilta, jotka kuplivat kolmesta keväällä syötetystä uima-altaasta. Ryhmä jatkaa viimeistä lukua 30 vuoden pyrkimyksissä ymmärtää Kaneen edustama luolan harvinainen ja eksoottinen muoto; vain n. tusinaa näistä ns. aktiivisista sulfidiluolista on löydetty maailmanlaajuisesti. Kun ensimmäistä kertaa ehdotettiin 1970-luvun alkupuolella, teoria heidän alkuperästään oli niin kiistanalainen, että tiedeyhteisöllä kului melkein kaksi vuosikymmentä sen omaksumiseen. Lopulta näiden luolien epätavallinen geokemia kumosi tavanomaisen ajattelun niiden muodostumisesta.
Vieläkin tärkeämpää on, että ”pimeän elämän” löytäminen - näihin happamaan läpimurtuneisiin, piki-mustiin pohjamaailmiin menestyvien mikrobikolonioiden muodostama - on ajatellut pitkään pitäneen uskomuksen, että luolat ovat useimmiten hedelmättömiä ja steriilejä paikkoja. Tutkijat metsästävät näitä kerran piilotettuja syvyyksiä mikrobeille, jotka voivat johtaa uusiin syöpähoitoihin. Ja luolatutkimus vaikuttaa myös tutkijoiden ajatteluun maan elämän alkuperästä ja sen mahdollisesta olemassaolosta muissa maailmoissa. "Luola on niin erilainen ympäristö, se on melkein kuin menisi toiselle planeetalle", sanoo New Mexico Techin geomikrobiologi Penny Boston. ”Se on tietyssä mielessä toinen planeetta - osa omaa planeettamme, jota emme ole vielä tutkineet. Aivan kuten syvien valtamertien tuli tieteen käyttöön vasta muutaman viime vuosikymmenen ajan, löydämme nyt luolissa tällaista uraauurtavaa ponnistelua. "(Luolatutkimuksen televisiotutkimus, " Luovien salaperäinen elämä ", ilmaisee PBS: tä NOVA 1. lokakuuta)
60-luvun lopulla StanfordUniversity-tutkinnon suorittaneesta jatko-opiskelijasta, joka haki väitöskirjaansa varten haastavaa aihetta, tuli ensimmäinen tutkija, joka puristi halkeaman Wyomingin rautatiepenkereen. Stephen Egemeierin uteliaisuus herätti heti Ala-Kaneen epätavallisen lämpimät lämpötilat ja epämiellyttävät hajut. Vieläkin omituisempia olivat valtavat, mutaiset kasanat murentua valkoista mineraalia, joita harvoin löytyy luolista. Tämä oli kipsiä tai kalsiumsulfaattia, Sheetrockin tai kipsilevyn pääainesosaa, talonrakennuksesta tuttua materiaalia. Kun Egemeier huomasi, että Ala-Kane'n jouset eivät olleet paitsi kuumia, vaan kuplivat rikkivetykaasua (kuuluisa sen rottenegg-hajosta), hän teorioi, että rikkivety oli aktiivisesti töissä veistettäessä Ala-Kanea. Mistä tahansa maanalaisesta lähteestä potentiaalisesti myrkyllinen kaasu lopultakin tuli - oli se sitten Yellowstonen tulivuorenvaraa lännessä tai BighornBasinin öljykenttiä etelässä -, se kuplitti lähdevesistä luolaan. Luonnollisesti epävakaa, se reagoi vedessä olevan hapen kanssa rikkihapon muodostamiseksi. Happo söi luolan seinät pois ja tuotti kipsiä sivutuotteena.
Egemeierin uraauurtavaa tutkimusta ei koskaan julkaistu laajalti, ja se herätti vähän huomiota 70-luvulla. Mutta vaikka se hidastui, toinen tutkijaryhmä kamppaili joidenkin yhtä hämmentävien luola arvoitusten kanssa. Tällä kertaa tieteellinen etsivämetsästys alkoi kaukana Wyomingin karuista kanjoneista tärkeän turistikohteen, Carlsbadin luolien, hyvin kuljettuihin syvyyksiin.
Varhainen carlsbad-tarina on pohjimmiltaan yhden yksilön, Jim Whitein, tarina. Teini-ikäisenä 1890-luvulla White vaelsi leirintäalueensa lähellä New Mexico -kaakkoisrannan GuadalupeMountains -alueella, kun hän huomasi omituisen tumman pilven pyörteilevän aavikon lattialta. "Luulin, että se oli tulivuori", hän sanoi myöhemmin, "mutta silloin en koskaan nähnyt tulivuoria." Jäljittäen pilven alkuperästään jättiläisluolon suulla, Valkoinen seisoi selkeytyneenä miljoonien lepakkojen valaman näyttämänä. ulos heidän yöllisestä metsästysmaastaan. Niinpä hän aloitti elinikäisen pakkomiellensä Carlsbadin luoliin, jota hän yleensä tutki yksin, vain petrolilampun vähäisen välähdyksen avulla häntä opastaa. Whitein tarinat valtavasta maanalaisesta labyrintistä tekivät hänestä jotain paikallista nauravaa, kunnes hän vakuutti valokuvaajan seuraamaan häntä luolaan vuonna 1915. Seuraavina kuukausina White laski kävijöitä rautakauhassa heikoin vinssillä pimeyteen 170. jalat alapuolella. Nykyään hänen yksinäisestä pakkomielteestään on tietysti tullut kansallispuisto, joka vetää puoli miljoonaa kävijää vuodessa.
Mutta ehkä Carlsbadin tarinan yllättävin piirre on, että jo 1970-luvulla, jolloin päivittäisiä kesävieraita oli tuhansia, luolien mineralogiaa ja sen monia hämmentäviä piirteitä oli tuskin tutkittu. Speleologia tai luolien tutkiminen oli tuskin kunniallista tiedettä, ja luolaasiantuntijan Carol Hillin mukaan valtavirran geologit pyrkivät hylkäämään "likaiset luolat" niille, joita aihe houkutteli.
Sitten eräänä päivänä lokakuussa 1971 Hill ja kolme muuta nuorta geologian jatko-opiskelijaa nousivat jyrkät tikkaat yhteen Carlsbadin kaukokammioihin. Kun he klammerivat Mystery-huoneen ympärille, joka oli nimetty tuulen aiheuttamasta omituisesta melusta, heitä hämmentävät sinertävät savilaastarit jaloissaan ja murut, maissihiutalemaiset kuoret seinillä. Odder olivat silti massiiviset pehmeän, valkoisen mineraalin lohkot muualla luolassa. Tällaisia lohkoja ei olisi pitänyt olla siellä ollenkaan.
Ensinnäkin tämä mineraali, kipsi, liukenee nopeasti veteen. Ja tavanomainen selitys luolien muodostumisesta sisältää veden - paljon sen - toimintaa, joka imeytyy kalkkikiven läpi miljoonien vuosien ajan. Kemia on yksinkertainen: kun sade putoaa ilmakehän läpi ja tippuu maaperään, se poimii hiilidioksidia ja muodostaa heikon happaman liuoksen, hiilihapon. Tämä lievästi syövyttävä pohjavesi syö kalkkikiveä ja eoneiden yli etsii luolan.
Tämän yleisesti hyväksytyn teorian mukaan kaikkien kalkkikiviluolien tulisi koostua pitkistä, kapeista käytävistä. Kuitenkin, kuten kuka tahansa, joka on vaellanut Carlsbadin pääkohteen, Big Roomin läpi, se on jättimäinen, katedraalin kaltainen sali, joka ulottuu vastaavasti kuutta jalkapallokenttää. Jos jokin merkittävä maanalainen joki olisi veistänyt tämän valtavan luolan, sen olisi pitänyt rapistaa tai lakaista syrjään kaikki polullaan, kipsi mukaan lukien. Kuitenkin jättiläiset valkoiset kasat jopa 15 jalkaa paksua tavaraa sijaitsevat Ison huoneen lattialla, joka on yksi maailman suurimmista luolatiloista.
Hämmentyneenä Hill pakotettiin päättämään, että jonkin dramaattisesti erilaisen luolanmuodostustavan on täytynyt olla töissä GuadalupeMountains -alueella. Pian hän keksi Egemeierin kaltaisen teorian: läheisten öljy- ja kaasukenttien vapauttama rikkivety oli noussut vuorten läpi ja reagoinut pohjaveden hapen kanssa tuottamaan rikkihappoa, joka oli sitten syönyt luolia miljoonien vuosien ajan .
Hänen rikkivetyteoriansa herätti voimakasta skeptisyyttä geologien keskuudessa, jotka etsivät todisteita siitä, mitä Carlsbad "kuollut" tai ei enää muodostanut luolaa, ei pystynyt tarjoamaan. Hillin teorian vahvistamiseksi tutkijoiden piti tutkia paikkaa, jossa rikkihappo syö edelleen luolissa - kuten se oli Ala-Kaneessa. Mutta vuosien mittaan pieni luola rautatien alla oli ollut enemmän tai vähemmän unohdettu.
Vuonna 1987 Hillin huolellinen tutkimus Guadalupesista ilmestyi vihdoin samaan aikaan kuin Stephen Egemeierin teoksen julkaiseminen hänen kuolemansa jälkeen vuonna 1985. Nämä tutkimukset yhdessä uusien löytöjen kanssa kourallisesta muusta aktiivisesta sulfidiluolasta ympäri maailmaa osoittautuivat ilman epäilystäkään. että luolat joillain alueilla muodostuivat rikkihapolla. Mutta nyt syntyi houkuttelevampi kysymys: Kuinka elämä voi menestyä pimeässä pylväässä, joka on täynnä myrkyllistä kaasua?
Yksi pelottavimmista hetkistäni Ala-Kaneen käydessäni oli silloin, kun kohdistin taskulamppupalkkini yhteen luolan kolmesta uima-altaasta. Juuri vedenpinnan alapuolella venytteli hullu kuvio jäykkää, elokuvallista mattoa hätkähdyttävissä sinisenmustan, vermilionin ja kirkkaan Day-Glo-oranssin sävyissä, ikään kuin joku 1960-luvun pop-taiteilija olisi heittänyt maalia joka suuntaan. Joissakin paikoissa pilkkat, oranssit kuviot muistuttivat minua NASA: n kuvista Marsin karuasta pinnasta. Toisissa näytti siltä, että joku olisi pudottanut spagetti kastike veteen. Ja kelluen vedessä suoraan kunkin lähteen yli, hämähäkkiiset valkoiset filamentit, kuten herkät hämähäkkihuntat, suorittivat kummittavan vedenalaisen tanssin virroissa, jotka kuplivat ylhäältä.
Kaikki psykedeeliset värit kuuluivat bakteerimattoihin, näkymättömien mikrobien tuottamiin hiiliyhdisteiden gelatiinisiin kalvoihin. Nämä elävät bakteeritoiminnan sivutuotteet voidaan nähdä ryhmittyneinä kuumien lähteiden ympärille Yellowstonessa ja muualla, vaikkakin pintaan ne voivat levittää levien ja muiden organismien aiheuttamaa kilpailua. Mutta mitä he tekivät täällä Ala-Kaneissa, kukoistaen niin runsaasti paikassa, jossa oli myrkyllisiä kaasuja eikä auringonvaloa?
Suurimman osan 1900-luvulta tutkijat uskoivat, että bakteereja ei voi esiintyä enempää kuin muutama telakat maanpinnan tai valtameren alla; Tämän alapuolella, tutkijat ajattelivat, elämä vain hiipui. Sitten, vuonna 1977, tuli hämmästyttävä löytö omituisista putkimatoista ja muista eksoottisista eläimistä, jotka kaikki hudged upotettujen tulivuorien ympärillä niin syvällä Tyynellämerellä, että auringonvalo ei tavoita niitä. Tämä toisailmainen ekosysteemi osoittautui riippuvaiseksi melkein kokonaan rikkiä rakastavien bakteerien aktiivisuudesta, kukoistaen alttiina olevien tuuletusaukkojen vapauttamiin leikkausvirroihin ja kaasuihin. Samoin hätkähdyttäviä ilmoituksia muissa epätodennäköisissä paikoissa esiintyvistä mikrobista seurasi pian: bakteereita löytyi ytimistä, jotka oli porattu enemmän kuin mailin alapuolella Virginiasta, inhimillisen Antarktiksen kallioista ja yli kuuden mailin syvyydessä Tyynellämerellä Marianasin kaivannon pohjalla. Jotkut tutkijat spekuloivat nyt, että piilotetut maanpinnan bakteerit saattavat olla yhtä suuret kuin kaiken yllä olevan elävän materiaalin massa.
Tämä "tumma elämä", joka on eristetty miljardeja vuosia, avaa tutkijoille houkuttelevat näkymät. Mikrobiologit toivovat, että maanalaiset bakteerit voivat johtaa uusiin antibiootteihin tai syöpälääkkeisiin. NASA: n asiantuntijat tutkivat niitä toivoessaan löytää allekirjoitukset, jotka he saattavat tunnistaa Marsin kallionäytteistä tai koettimista, jotka voivat jonain päivänä tunkeutua Europa-alueen, Jupiterin kuukauden, jäätyneisiin meriin.
Mutta haaste kaikille näille maanalaisten virheiden metsästäjille on pääsy, johon Ala-Kane tulee. "Luolat tarjoavat täydellisen sisäänkäynnin ikkunan normaalisti piilotettuun mikrobimaailmaan", kertoo yliopiston luolatutkija Diana Northup. New Mexico. Jotkut tutkijat spekuloivat siitä, että elämä kehittyi ensin maan alla ja muutti pinnalle, kun olosuhteet paranivat. Jos tämä on totta, maanpinnan mikrobien tutkimukset voivat tarjota johtolankoja joidenkin maan aikaisimpien elämämuotojen luonteesta. "
Vaikka LowerKaneCave oli antanut minulle liotuksen ja mustelman tai kaksi, epämukavuuteni eivät olleet mitän verrattuna rypistymisen ja puristamisen maileihin, joita vaaditaan tunkeutumaan moniin muihin sulfidiliiniin. Sen saavutettavuus oli yksi syy siihen, että Ala-Kane houkutteli Annette Summers Engeliä ensin vuonna 1999 ja joka vuosi sen jälkeen, kun hän ja hänen geologien, geokemikaalien ja DNA-asiantuntijoiden ryhmä sai kuljettaa tieteellisiä laitteita suhteellisen helposti. Alkuperäiset testit vahvistivat nopeasti, että Stephen Egemeier oli oikeassa: rikkihappo, vedyn rikkivedyn seurauksena hapen kanssa reagoi edelleen luolan seinät. Mielenkiintoisin kysymys oli, lisäsivätkö Ala-Kaneen bakteerimatot happohyökkäykseen. Koska jotkut bakteerit tuottavat rikkihappoa jätetuotteina, se varmasti vaikutti mahtavalta. Kesät Engel oli suunnitellut käsitellä kysymystä useasta eri näkökulmasta. Esimerkiksi DNA-testi voi tunnistaa tietyt mikrobit. Muut testit saattavat kertoa, syövätkö mikrobit esimerkiksi rikkiä tai rautaa ja oliko se stressiä vai kukoistava.
Alustavat tulokset esittelivät tutkijoita. ”Kun pääsimme ensin Ala-Kaneen”, Summers Engel sanoo, ”olemme luonnollisesti olettaneet, että jokainen matto koostuu pääosin rikkiä hapettavista mikrobeista. Se näytti järkevältä. Se mitä löysimme sen sijaan, oli hämmästyttävä monimutkaisuus. ”Itse asiassa jokainen matto osoittautui yhtä monimuotoiseksi kuin Manhattanin kaupunginosa. Siellä oli runsaasti rikkiä syöviä mikrobeja, jotka kaikki syötivät lähteistä kuplivaa kaasua. Mutta siellä oli myös riittävä sekoitus muita bakteereja. Esimerkiksi jotkut, piilevät rikki, ruokkivat naapuriensa tuottamaa jätettä. Eikä kaikkia virheitä heitetty sattumanvaraisesti yhteen. Esimerkiksi rikkiä syövät bakteerit kokoontuivat maton yläosaan; ahneina hapen kuluttajina he tarvitsivat ilmaa jousen pinnalla selviytyäkseen. Metaanintuottajat, jotka eivät tarvitse happea, keskittyivät ennustettavasti maton pohjaan.
Saadakseen selville, kuinka koko matot vaikuttavat luolaan, tutkijat suunnittelivat tyylikkään yksinkertaisuuden testin, johon osallistui kaksi muoviputkea, joissa molemmissa oli identtiset kalkkikivihaket. Yhden suu peitettiin raa'alla muoviverkolla, joka antoi sekä mikrobien että lähteen veden pyöriä sisälle. Toinen peitettiin kalvolla, joka pääsi vettä, mutta piti mikrobit pois. Upotettuaan molemmat putket keväällä useita kuukausia, joukkue tutki sirut mikroskoopilla. Hapan, joka altistettiin sekä happamalle vedelle että mikrobille, oli vakavammin rappeutunut ja arpi kuin pelkästään vedelle altistunut. Tämä oli todiste siitä, että happoja tuottavat mikrobit nopeuttivat luolan luomista. "Ei ole epäilystäkään siitä, että mikrobit lisäävät happokemiaa, joka liuottaa kalkkikiveä", sanoo Texasin yliopiston geokemisti Libby Stern, "ja että ilman mattoja Ala-Kane todennäköisesti muodostuisi paljon hitaammassa tahdissa."
Mutta toinen löytö oli vielä houkuttelevampaa: aivan uusi mikrobilaji, jonka alustavasti tunnisti BrighamYoungUniversity -biologi Megan Porter. Uusi organismi näyttää olevan läheisesti sukua Tyynenmeren syvänmeren merenpohjassa sijaitseville mikrobille, mikä on todennäköinen lähtökohta elämän syntymiselle. "Tämä on jännittävä löytö", sanoo Porter, "koska se tarkoittaa, että LowerKaneCavessa löydetyt metabolismit ovat hyvin vanhoja." Se sopii myös kasvavaan todisteeseen siitä, että elämä on saattanut alkaa syvyyksissä. Maanalaisissa paratiiseissa, kuten luolissa, merenalaisissa tuuletusaukkoissa ja maaperässä, primitiiviset mikrobit olisivat olleet suojassa tulivuoren räjähdyksiltä, meteori-pommituksilta ja voimakkaalta ultravioletti säteilyltä, jotka tekivät planeetasta niin inhoa alkaneina vuosina. Näissä muinaisissa turvakoteissa, joiden ihminen on juuri keksinyt tunkeutumisen, elämä kehittyi kaukana auringonvalosta, usein äärimmäisissä lämpö- ja happamuusolosuhteissa. Kane'n psykedeeliset matot muistuttavat meitä siitä, kuinka poikkeuksellisen monimuotoisen ja sitkeän maan muinaisten pioneerien piti olla.
Mutta luolatutkimuksen horisontti ulottuu huomattavasti oman planeettamme ulkopuolelle. Monet tähtitieteilijät ja geologit spekuloivat, että Jupiterin kuu Europa ja Mars kumpikin sataman vettä ja maanpinnan olosuhteita muistuttavat omia. Jos mikrobeja voi selviytyä ankarissa olosuhteissa täällä, miksi ei myöskään siellä? "Työmme luolissa on laajentanut oman planeettamme tunnettuja elämänrajoja", Penny Boston sanoo. "Mutta se on myös loistava harjoitusharjoittelu muiden planeettojen biologisten kohtien tutkimiseen ja mielikuvitusten ajamiseen yhdistämään maan" sisämaa-maapallot "ulkoavaruuden omaan."
