Der Boden des felsigen Kamms in der zentralen Antarktis hat noch nie Mikroorganismen enthält.
Zum ersten Mal haben Wissenschaftler entdeckt, dass es kein Leben im Boden auf der Erdoberfläche zu geben scheint. Der Boden stammt von zwei windgepeitschten, felsigen Graten im Innenraum der Antarktis, 300 Meilen vom Südpol entfernt, wo Tausende von Eis in die Berge eindringen.
„Die Menschen haben immer gedacht, dass Mikroben winzig waren und überall leben könnten“, sagt Noah Fire, ein mikrobieller Ökologe an der Universität von Colorado Boulder, dessen Team den Boden untersucht. Immerhin wurden einzelne Organismen in hydrothermalen Lüftungsschlitzen mit Temperaturen von mehr als 200 Grad Fahrenheit, in Seen unter einer halben Meile Eis in Antarktis und sogar 120.000 Fuß über der Erdstratosphäre leben. Aber nach einem Jahr der Arbeit haben Ferrer und sein Doktorand Nicholas Dragon noch keine Lebenszeichen im von ihnen gesammelten Antarktischen Boden gefunden.
Feuerwehr- und Dragone untersuchten Böden aus 11 verschiedenen Bergketten, die eine breite Palette von Bedingungen darstellten. Diejenigen, die aus niedrigeren und weniger kalten Berggebieten stammen, enthalten Bakterien und Pilze. Aber in einigen Bergen der beiden höchsten, trockensten und kältesten Gebirgsbereiche gibt es keine Lebenszeichen.
"Wir können nicht sagen, dass sie steril sind", sagte Ferrer. Mikrobiologen sind es gewohnt, Millionen von Zellen in einem Teelöffel Boden zu finden. Daher kann eine sehr geringe Anzahl (z. B. 100 lebensfähige Zellen) der Detektion entkommen. "Aber soweit wir wissen, enthalten sie keine Mikroorganismen."
Egal, ob ein Boden wirklich frei ist oder später einige überlebende Zellen enthält, neue Erkenntnisse, die kürzlich im Journal JGR Biogeosciences veröffentlicht wurden, könnten bei der Suche nach Leben auf dem Mars helfen. Der antarktische Boden ist dauerhaft gefroren, voller giftiger Salze und hat seit zwei Millionen Jahren nicht viel flüssiges Wasser - ähnlich wie mit Marsboden.
Sie wurden im Januar 2018 während einer von der National Science Foundation finanzierten Expedition in abgelegene Gebiete der transantarktischen Berge gesammelt. Sie gehen durch das Innere des Kontinents und trennen das Hochpolareplateau im Osten vom niedrig liegenden Eis im Westen. Die Wissenschaftler stellten ein Lager auf dem Shackleton Glacier auf, einem 60-Meilen-Eisgürtel aus Eis, der in den Bergen einen Abschnitt hinunterfließt. Sie verwendeten Hubschrauber, um in große Höhen zu fliegen und Proben auf und ab den Gletscher auf und ab zu sammeln.
In den warmen, feuchten Bergen am Fuß eines Gletschers, nur ein paar hundert Fuß über dem Meeresspiegel, stellten sie fest, dass der Boden von Tieren, die kleiner als ein Sesam-Samen sind, bewohnt wurde: mikroskopische Würmer, achtbeinige Tarderraden, Rotifers und winzige Würmer. Springschwänze genannt. Geflügelte Insekten. Diese nackten, sandigen Böden enthalten weniger als eintausendstel.
Diese Lebenszeichen verschwanden jedoch allmählich, als das Team höhere Berge tiefer in den Gletscher besuchte. An der Spitze des Gletschers besuchten sie zwei Berge - Mount Schroeder und Mount Roberts -, die über 7.000 Fuß hoch sind.
Die Besuche im Schroeder Mountain waren brutal, erinnert sich an Byron Adams, Biologe an der Brigham Young University in Provo, Utah, der das Projekt leitete. Die Temperatur an diesem Sommertag liegt nahe bei 0 ° F. Der heulende Wind verdampfte langsam das Eis und den Schnee und ließ die Berge kahl, eine ständige Bedrohung für das Heben und Werfen der Gartenschaufeln, die sie mitgebracht hatten, um den Sand aufzugraben. Das Land ist mit rötlichen Vulkangesteinen bedeckt, die über Hunderte von Millionen von Jahren durch Wind und Regen erodiert wurden, sodass sie auf dem Weg gehen und poliert sind.
Als die Wissenschaftler den Felsen hob, stellten sie fest, dass ihre Basis mit einer Kruste weißer Salze bedeckt war - toxische Kristalle aus Perchlorat, Chlorat und Nitrat. Perchlorate und Chlorate, korrosive Reaktivsalze, die in Raketentreibstoff und industriellem Bleichmittel verwendet werden, befinden sich ebenfalls in Hülle und Fülle auf der Oberfläche des Mars. Ohne Wasser zum Waschen akkumuliert sich das Salz auf diesen trockenen Antarktischen Bergen.
"Es ist wie eine Probenahme auf dem Mars", sagte Adams. Wenn Sie eine Schaufel einkleben:
Die Forscher schlugen vor, dass sie selbst in so hohen Höhen und unter den härtesten Bedingungen immer noch lebende Mikroorganismen im Boden finden würden. Aber diese Erwartungen begannen Ende 2018 zu verblassen, als Dragon eine Technik namens Polymerase -Kettenreaktion (PCR) verwendete, um mikrobielle DNA in Schmutz nachzuweisen. Dragon testete 204 Proben aus Bergen über und unter dem Gletscher. Proben aus niedrigeren, kühleren Bergen ergaben große Mengen an DNA; Die meisten Proben (20%) aus großen Höhen, einschließlich der meisten von Mount Schroeder und Roberts Masf, wurden auf keine Ergebnisse getestet, was darauf hinweist, dass sie nur sehr wenige Mikroorganismen oder überhaupt keine enthielten.
"Als er anfing, mir einige Ergebnisse zu zeigen, dachte ich, 'etwas stimmt nicht'", sagte Ferrell. Er dachte, es müsse etwas mit der Probe oder der Laborausrüstung nicht stimmen.
Dragon führte dann eine Reihe zusätzlicher Experimente durch, um nach Lebenszeichen zu suchen. Er behandelte den Boden mit Glukose, um festzustellen, ob bestimmte Organismen im Boden ihn in Kohlendioxid umgewandelt haben. Er versuchte eine Chemikalie namens ATP zu entdecken, die von allen Leben auf der Erde verwendet wird, um Energie zu speichern. Einige Monate lang kultivierte er Bodenstücke in verschiedenen Nährstoffmischungen und versuchte, bestehende Mikroorganismen davon zu überzeugen, zu Kolonien zu wachsen.
"Nick warf das Spülbecken bei diesen Proben", sagte Ferrell. Trotz all dieser Tests fand er in einigen Böden immer noch nichts. "Es ist wirklich erstaunlich."
Jacqueline Gurdial, ein Umweltmikrobiologe an der Universität Guelph in Kanada, nennt die Ergebnisse „verlockend“, insbesondere die Bemühungen von Dragon, zu bestimmen, welche Faktoren die Wahrscheinlichkeit beeinflussen, Mikroorganismen an einem bestimmten Ort zu finden. Er stellte fest, dass hohe Höhe und hohe Chloratkonzentrationen die stärksten Prädiktoren für das Versagen der Lebensdauer waren. "Dies ist eine sehr interessante Entdeckung", sagte Goodyear. "Das erzählt uns viel über die Lebensgrenzen der Erde."
Sie ist nicht ganz davon überzeugt, dass ihr Boden wirklich leblos ist, teilweise aufgrund ihrer eigenen Erfahrungen in einem anderen Teil der Antarktis.
Vor einigen Jahren studierte sie Böden aus einer ähnlichen Umgebung in den tranantarktischen Bergen, einem Ort 500 Meilen nordwestlich des Shackleton Glacier namens University Valley, an dem seit 120.000 Jahren möglicherweise keine signifikante Feuchtigkeits- oder Schmelztemperaturen gehabt waren. Als sie es 20 Monate lang bei 23 ° F, einer typischen Sommertemperatur im Tal, inkubierte, zeigte der Boden keine Lebenszeichen. Als sie jedoch einige Grad über dem Gefrierproben erhitzte, zeigten einige ein bakterielles Wachstum.
Zum Beispiel haben Wissenschaftler entdeckt, dass Bakterienzellen auch nach Tausenden von Jahren in Gletschern am Leben bleiben. Wenn sie gefangen werden, kann der Stoffwechsel der Zelle millionenfach verlangsamen. Sie gehen in einen Zustand, in dem sie nicht mehr wachsen, sondern reparieren nur DNA -Schäden, die durch kosmische Strahlen verursacht werden, die in das Eis durchdringen. Goodyear spekuliert, dass diese „langsamen Überlebenden“ diejenigen sein könnten, die sie im College Valley gefunden hat - sie vermutet, dass Dragone und Feuerwehrer sie in Roberts Massiv oder Schroeder Mountain möglicherweise in Roberts Massiv oder Schroeders analysiert haben.
Brent Christner, der Antarktische Mikroben an der Universität von Florida in Gainesville studiert, glaubt, dass diese in Höhe von trockenen Böden dazu beitragen könnten, die Suche nach Leben auf dem Mars zu verbessern.
Er stellte fest, dass das Raumschiff Viking 1 und Viking 2, das 1976 auf dem Mars landete, Lebensberechtigungsexperimente durch Untersuchungen von niedrig liegenden Boden in der Nähe der Küste der Antarktis, einer Region namens Trockentäler, basierten. Einige dieser Böden werden im Sommer aus Schmelzwasser nass. Sie enthalten nicht nur Mikroorganismen, sondern an einigen Stellen auch winzige Würmer und andere Tiere.
Im Gegensatz dazu können die höheren, trockenen Böden des Mount Roberts und des Mount Schroeders bessere Tests für Marsinstrumente bieten.
"Die Oberfläche des Mars ist sehr schlecht", sagte Christner. „Kein Organismus auf der Erde kann auf der Oberfläche überleben“ - zumindest der oberen Zentimeter oder zwei Zentimeter. Jedes Raumschiff, der dort auf der Suche nach dem Leben führt, muss bereit sein, an einigen der härtesten Orte der Erde zu operieren.
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