Lost City midt i Atlanterhavet, på toppen av et undervannsfjell som stiger over 10 000 meter over havbunnen, sitter Lost City. Hundrevis av hvite spir spirer ut i det mørke havet, som spenner over området til en byblokk og ruver mellom 30 og 200 fot høye. Varme alkaliske væsker fylt med hydrogengass spyr fra toppen av disse naturlige tårnene i vannet like øst for Mid-Atlantic Ridge.
Det som ser ut som en lang forlatt storby er faktisk myldrende av mikroskopisk liv. Billionene av mikrobielle innbyggere i Lost City, som ligger på toppen av Atlantis-massivet, har blitt en fascinasjon for forskere. Disse mikroberne, som trives i et hydrotermisk luftefelt dypt i Atlanterhavet, holder hemmeligheten bak livets overlevelse i slike fiendtlige miljøer - og de kan til og med gi ledetråder om livets opprinnelse på jorden.
I morgen 8. september reiser en gruppe på 22 forskere, mikrobiologer, geologer og oseanografer for første gang på år. Denne gruppen av forskere ønsker å vite hvordan mikrober i Lost City lever, hva de spiser og puster, og hvordan de overlever i de ekstreme temperaturer og trykk på det dype hav.
"Vi vil vite hvordan de bor der, " sier teamleder William Brazelton, mikrobiolog ved University of Utah.
Lost City ble oppdaget i 2000 og er et av bare noen få kjente steder som det på planeten. I motsetning til mer vanlige typer hydrotermiske ventilasjonsåpninger, for eksempel svarte røykere og metan, siver, mistes ikke Lost City av vulkansk aktivitet. Snarere blir ventilene åpnet når sjøvann møter berg fra jordens mantel, og skaper gass og energi i en prosess kjent som serpentinisering. Kalsiumrikt vann fra disse ventilasjonsåpningene reagerer deretter med karbon i sjøvannet og danner Lost Citys ikoniske karbonatskorsteiner.
Karbonatskorsteiner fra Lost City avbildet under en 2005-ekspedisjon til det hydrotermiske ventilasjonssystemet. (D. Kelley / M. Elend / UW / URI-IAO / NOAA / The Lost City Science Team) Hydrogengass som spyr fra skorsteinen gir en rikelig energikilde for mikrober som bor i Lost City. "Det er det nærmeste en gratis lunsj universet gir, " sier Brazelton. Skorsteinene frigjør også metan, et organisk molekyl som er en rik energikilde for mange typer liv.
Mens det er rikelig med energi, er det foreløpig ikke klart hvor mikrober i dette havhavets økosystem får karbon eller næringsstoffer. I følge team-medleder Susan Lang, en geokjemist ved University of South Carolina, er å løse dette mysteriet et av de viktigste oppdragene for ekspedisjonen.
"Et av spørsmålene vi prøver å stille oss etter er, hva er det disse mikrobene som ser etter?" Sier hun. "Livet er alltid på utkikk etter noe."
I løpet av den tre ukers ekspedisjonen vil forskere ombord det amerikanske marinens forskningsfartøy (R / V) Atlantis sende et fjernstyrt kjøretøy (ROV), kalt Jason, ned rundt 2600 meter inn i Lost City for å samle prøver. "Jason ser ut som en SUV med en stor hale som kommer ut av ryggen, " sier Beth Orcutt, mikrobiolog ved Bigelow Laboratory for Ocean Sciences, som er involvert i ekspedisjonen, men ikke går selv. "Forskerne bruker Jason som øynene og armene på havbunnen."
Jason vil samle sediment fra havbunnen og trekke ut små prøver av Lost City-skorsteiner, men stort sett vil Jason samle vann. Ekspedisjonsforskerne planlegger å samle vann som strømmer ut av skorsteinen for å fange mikrober som bor dypt inne i Atlantis-massivet. Forskerne antar at mikrober i fjellet introduserer karbon og næringsstoffer i økosystemet, noe som muliggjør mikrobielt liv på overflaten av skorsteinen.
"Det skulle vise at jorden er et sterkt tilkoblet system, " sier Lang. "Til og med skikkelige rare organismer som lever nede ved havbunnen muliggjør liv på overflaten."
ROV Jason, som vil utforske Lost City og ta prøver denne måneden. (Tom Kleindinst / Woods Hole Oceanographic Institution) Å bestemme hvordan mikrober overlever i fjellet, hvor ugjestmilde forhold omgir serpentiniseringsprosessen, kan også gi et glimt av mulig liv på andre planeter. Fordi ingrediensene er relativt enkle (stein og sjøvann), og miljøet er oksygenfritt, kan mikrober i Atlantis være et vindu til utenomjordiske livsformer.
"Dette er et eksempel på en type økosystem som kan være aktiv på Enceladus eller Europa akkurat i dette øyeblikk, " sa Brazelton og refererte til vannrike måner fra Saturn og Jupiter, "og kanskje Mars i fortiden."
ROV Jason vil samle inn rundt 30 liter sjøvann hver dag. Noe av det innsamlede vannet vil bli lagret i frysere for fremtidig forskning, mens noen vil bli analysert på stedet for å måle kjemisk sammensetning så vel som mikrober- og viruspopulasjoner. I løpet av de neste årene vil genetisk testing av sjøvannsprøvene belyse hvilke typer mikrober som lever i dette ekstreme miljøet og hvordan de klarer å overleve.
Det er også forskere som tror at Lost City, eller et sted som det, kan være der livet startet på jorden. "Det er et godt system for hvor tidlig liv kan ha utviklet seg, " sa Lang. Små porer i veggene i Lost City-skorsteiner, kombinert med grunnleggende (i motsetning til surt) sjøvann og en ubegrenset energikilde i hydrogengassen, kunne gi Goldilocks-forholdene som trengs for spontant liv.
"Geokjemien og geologien i Lost City ser ut til å komme sammen på en måte som vil løse det energiske kylling-og-egg-problemet med livets opprinnelse, " sa Jeffrey Marlow, en mikrobiolog ved Harvard University som ikke er involvert i ekspedisjonen. Problemet med "kylling og egg" refererer til det faktum at en celle trenger energi for å lage biomolekyler, og det er nødvendig med biomolekyler for å utnytte energi.
Marlow mener det er sannsynlig at vannet med høy pH som sirkler inn skorsteinsporene i Lost City kan gi gunstige forhold for livet til å begynne. Hydrogengassen og andre molekyler som blandes sammen i porene, kan skape en formarkør til en celle, kjent som en protocelle.
Et skannende elektronmikroskopbilde avslører de vakre biofilmene som er laget av mikrober på og innenfor Lost City-skorsteiner. (Med tillatelse fra Tomaso Bontognali, Susan Lang og Gretchen Früh-Green) Andre steder som Lost City finnes i dyphavet, men de har vist seg å være vanskelige å finne. Fordi biproduktene fra serpentinisering er relativt dagligdags - for det meste hydrogen og metan - har steder som Lost City ikke sterke biosignaturer som andre hydrotermiske luftsystemer, for eksempel svarte røykere som tuter svovelgass. "Vi vil påpeke at nettsteder som Lost City er ganske utbredte, vi vet bare ikke hvor de er, " sier Lang. "Akkurat nå vil vi si Lost City er unik, men det er sannsynligvis ikke alene."
Å finne en annen tapt by virker snart usannsynlig med tanke på at det meste av havet aldri har blitt utforsket av mennesker. "Vi har bare sett en liten brøkdel av havbunnen, " sier Marlow. "Det er så mye mer der å oppdage." I følge USAs National Ocean Service er mindre enn 20 prosent av havet blitt kartlagt eller observert av mennesker.
Dyphavet er like stor grense for forskere som dypt rom. Forskere begynner akkurat å forstå hvor mangfoldig liv fungerer i ekstreme økosystemer nær havbunnen, og forskere er ikke de eneste som ser mot dyphavet. Mineralressurser, som nikkel, kobolt, sølv og gull, har vekket interessen til gruveselskaper, som i økende grad investerer i fremtidig utnyttelse av dyphavet.
"Da jeg var student som lærte om dyphavet, var ideen om at det er mineraler på havbunnen som industrier kanskje ønsker å gruve, helt en sci-fi-ide fordi den ikke var økonomisk levedyktig i det hele tatt, " sa Orcutt. Men nå er de nødvendige teknologiene her, og International Seabed Authority (FNs byrå som gir tillatelse til gruvedrift i internasjonale farvann) gir ut tillatelser til gruvedrift hvert år. En slik tillatelse, gitt i august 2017, ga Polen rett til å utnytte havbunnen der Lost City ligger.
En "bikube" -struktur i Lost City. (Med tillatelse av Deborah Kelley, University of Washington) Noen havforskere sier at gruvedrift av havbunnen før vi forstår dens grunnleggende biologi, kan være en oppskrift på katastrofe. "Akkurat som med enhver grense, er det ganske enkelt å påvirke endringer uten engang å vite hva som er der eller hva sårbarhetene er, " sier Lisa Levin, en dypthavsbiolog og medgründer av Deep Ocean Stewardship Initiative, som har som mål å bringe forskere, økonomer, politiske eksperter og bransjerepresentanter sammen om spørsmål om utnyttelse av dyphav. Levin sier at da Polen fikk rettighetene til å gruve området rundt Lost City, løftet det et rødt flagg for dyphavsmikrobiologer. "Det var en katalytisk hendelse."
Mange dyphavsforskere etterlyser nå å bevare Lost City og steder som den, og fremhever den globale viktigheten av dyphavsmikrobiologi, som bidrar til næringssykluser, klimaforebygging og genetisk mangfold. "Vi ønsker å trekke oppmerksomhet til den usynlige brøkdelen av livet, " sier Orcutt, som har arrangert vitenskapelige møter om virkningene av gruvedrift på dypt hav på mikrobiell aktivitet. “Havbunnen har verdi. Hver gang forskere går til bunnen av havet, oppdages nye arter. Det er så mye av havet vi ikke vet om. "
Denne månedens ekspedisjon til Lost City vil hjelpe oss å lære litt mer om de mystiske verdenene nedenfor.
