Bakteri kuno dari hampir dua mil di bawah permukaan bumi: itulah yang pertama kali menarik Tullis Onstott untuk memulai pencarian hidupnya di tempat yang paling tidak mungkin. Ahli geomikrobiologi baru saja menghadiri pertemuan Departemen Energi AS 1992 tentang batuan yang diperkirakan berumur lebih dari 200 juta tahun — lebih tua dari kebanyakan dinosaurus. Batuan prasejarah ini telah digali dari sumur eksplorasi gas, dan ternyata penuh dengan bakteri.
Konten terkait
- "Kembang Kol" Mars yang Misterius Mungkin Menjadi Petunjuk Terbaru Kehidupan Alien
- Sebuah Upaya Panjang Satu Dekade untuk Mengebor Mantel Bumi Mungkin Segera Memukul Kotoran Bayaran
“Itu sangat menakjubkan bagi saya, ” kata Onstott dari Universitas Princeton. "Gagasan bahwa bakteri ini telah hidup di batuan Trias sejak mereka diendapkan pada zaman sebelum dinosaurus, gagasan itu menarik minat saya, " katanya.
Batu-batu ini adalah salah satu bukti penting pertama bahwa kehidupan ada bermil-mil di bawah tanah, dan mereka melompati upaya para peneliti untuk mempelajari kehidupan dalam apa yang disebut bawah permukaan dalam. Selama 20 tahun terakhir, Onstott dan yang lainnya telah menemukan bahwa ada variasi kehidupan yang lebih besar di tempat-tempat yang lebih tidak ramah daripada yang dibayangkan siapa pun.
Kehidupan yang dalam telah ditemukan di seluruh dunia dan di bawah berbagai kondisi — di ladang minyak dan tambang emas, di bawah lapisan es di Greenland dan Antartika dan di endapan dan bebatuan di bawah dasar laut. Tempat-tempat ini bisa menjadi lingkungan yang sangat tidak bersahabat, dengan tekanan 10 hingga 100 kali lipat dari permukaan. Suhu dapat berkisar dari mendekati titik beku hingga lebih dari 140 derajat Fahrenheit.
Satu mil atau lebih di bawah permukaan tidak ada sinar matahari dan sangat sedikit oksigen. Dalam lingkungan yang keras ini, makhluk harus mencabut penghidupan dengan energi apa pun yang dapat mereka kumpulkan dari lingkungan mereka. Ini berarti bahwa laju kehidupan di sana kadang-kadang bisa sangat lambat. Mikroba ini bisa seribu atau jutaan kali lipat lebih sedikit daripada saudara-saudara mereka di atas tanah. Dan beberapa mungkin telah ada selama ratusan, ribuan atau bahkan jutaan tahun - Methuselah mikroskopis nyata.
Makhluk dalam ini beragam, terdiri dari bakteri dan organisme bersel tunggal lainnya yang disebut archaea. Bahkan ada hewan multiseluler bermil-mil di bawah permukaan, termasuk cacing kecil yang disebut nematoda.
"Apa yang mengejutkan ketika kita terus menjelajahi alam semesta yang tersembunyi ini, adalah bahwa itu lebih kompleks di sana daripada yang kita bayangkan ketika kita mulai melihat sampel Trias di tahun 90-an, " kata Onstott.
Kompleksitas itu telah membuka dunia kemungkinan bagi para peneliti, dari membersihkan limbah beracun hingga mencari kehidupan di luar bumi. Beberapa dari organisme dalam ini memakan langsung logam dan mineral, dan dapat memengaruhi air tanah dengan meningkatkan atau menurunkan kadar arsenik, uranium, dan logam beracun. Para ilmuwan berharap bahwa bakteri ini dapat segera diadaptasi untuk menjebak atau menghilangkan zat berbahaya dari hal-hal seperti air limbah yang bocor dari tambang.
Tetapi mungkin yang paling menggiurkan adalah gagasan bahwa kondisi jauh di bawah tanah begitu asing sehingga mereka dapat memberikan petunjuk kepada peneliti tentang di mana menemukan kehidupan di luar bumi — dan seperti apa kehidupan itu nantinya.
"Ini secara langsung berkaitan dengan apakah kehidupan bisa ada di bawah permukaan Mars, " kata Onstott. "Itu benar-benar yang membuatku tertarik ke medan ini sejak awal, dan masih menjadi sopir untukku."
Antara lingkungan yang ekstrim dan kelangkaan relatif organisme, para peneliti berusaha keras — dan mendalam — untuk mempelajari mikroba ini. Mereka menjelajah ke tambang dan gua atau menggunakan bor untuk mengekstraksi sampel dari situs terestrial di bawah atau dasar laut. Di beberapa daerah mungkin perlu beberapa hari untuk mendapatkan bahkan satu sampel. “Pergi ke ujung bumi dan mengebor, atau pergi ke Kutub Utara dan pergi ke bawah tanah sejauh satu mil untuk mendapatkan sampel, itu tidak mudah, ” kata Onstott.
Membuktikan Kedalaman Neraka
Hampir satu mil di bawah permukaan bumi, jauh di dalam Tambang Emas Beatrix Afrika Selatan, Maggie Lau mencari kehidupan. Panas dan lembab, dan hanya lampu depan yang menembus kegelapan ketika Lau, seorang geomikrobiologis di kelompok Onstott di Universitas Princeton, mengumpulkan air dari lubang bor. Ini adalah lubang yang dibor ke dalam batu oleh ahli geologi yang mencari kantong gas dan air sebelum operasi penambangan. Lau mengisi bermacam-macam botol dengan sampel gas dan air dengan volume mulai dari kurang dari satu sendok teh hingga lebih dari dua gelas.
Maggie Lau mengumpulkan air sumur bor dalam satu botol lebih dari dua mil di bawah permukaan bumi di tambang emas TauTona Afrika Selatan. (Francois Vermeulen (Manajer Geosains, AngloGold Ashanti Limited)) Gas yang dikumpulkan Lau dapat mengungkapkan betapa kuno air itu. “Sampel yang saya pelajari berusia sekitar 40.000 hingga 80.000 tahun, ” katanya. Air mungkin berasal dari permukaan dan menetes ke bawah melalui retakan selama ribuan atau bahkan jutaan tahun, membawa mikroorganisme baik dari permukaan atau dari daerah yang lebih dangkal di bawah permukaan dengan itu.
Tidak seperti air, Lau mengambil rute yang lebih cepat dan lebih dramatis ke lokasi penelitian. Dia menuruni poros tambang di sangkar lift — yang turun hampir satu mil dalam waktu kurang dari satu menit — dan kemudian berjalan satu mil atau lebih dengan ransel penuh. Beberapa terowongan mengharuskan para peneliti merangkak, menyeret bungkusan mereka di belakangnya, atau melintasi air setinggi lutut atau paha di bagian yang banjir. Kadang kandang lift tidak tersedia setelah seharian bekerja, dan Lau dan Onstott harus naik tangga kembali. "Kami bercanda bahwa ini seperti tangga menuju surga, " katanya.
Di kedalaman neraka, di mana air bisa mencapai 130 derajat Fahrenheit dan bebatuan itu sendiri sering disentuh, tidak ada banyak kehidupan yang bisa ditemukan. Untuk mengumpulkan sel-sel hidup sebanyak mungkin untuk analisisnya, Lau meninggalkan beberapa vial untuk menyaring ratusan hingga ribuan galon air selama beberapa minggu hingga beberapa bulan.
Sekitar satu mil di bawah permukaan, Lau biasanya dapat menemukan 1.000 hingga 10.000 sel dalam kurang dari satu sendok teh air. Itu mungkin tampak seperti banyak, tetapi sejumput tanah dari halaman belakang Anda dapat mengandung 100.000 hingga sejuta kali lebih banyak sel. Di lokasi lebih dari satu mil di bawah tanah, mungkin hanya ada 500 sel per sendok teh air. Lau memperkirakan bahwa dia harus menyaring air terus menerus selama 200 hari untuk mendapatkan cukup DNA dan RNA untuk analisisnya.
Sulit untuk menumbuhkan spesies bakteri di laboratorium tanpa mengetahui makanan spesifik yang mereka makan atau kondisi tepatnya di mana mereka berkembang. Para ilmuwan hanya mampu menumbuhkan sekitar satu persen dari bakteri yang mereka temukan di lokasi ladang mereka yang dalam. Akibatnya, sebagian besar spesies hanya diketahui dari tanda tangan molekulnya yang unik — dan sekuensing DNA atau RNA telah mengungkapkan sejumlah besar bakteri yang sebelumnya tidak dikenal dalam sampel yang telah dikumpulkan oleh para ilmuwan di sana.
Video selang waktu ini menunjukkan para peneliti mengumpulkan sampel di dalam tambang emas Afrika Selatan. (oleh Gaetan Borgonie)Baru-baru ini, Lau melangkah lebih jauh dari mencari tahu apa yang hidup di sana — dia ingin tahu apa yang mereka lakukan untuk hidup. Tanpa sinar matahari dan tanaman untuk memerangkap energi matahari melalui fotosintesis, bakteri yang hidup dalam ini harus bertahan hidup dengan energi dari reaksi kimia antara batuan dan air. Reaksi-reaksi ini dapat menghasilkan hidrogen, metana, dan sulfat, dan para ilmuwan berpikir bahwa ketiga bahan kimia tersebut akan memicu sebagian besar bakteri yang hidup di lingkungan yang dalam ini.
Yang mengejutkannya, Lau mendapati bahwa bukan itu masalahnya. Sebaliknya, bahan kimia hanya mempertahankan sebagian kecil dari bakteri, yang kemudian menghasilkan belerang dan nitrat. Bakteri yang memakan bahan kimia sekunder ini mendominasi di lingkungan ini.
Ini berarti bahwa ketika mencari kehidupan dalam baik di Bumi atau di dunia lain, para ilmuwan harus mencari berbagai reaksi metabolisme yang lebih luas. “Jangan hanya fokus pada beberapa proses utama. Kita harus lebih berpikiran terbuka untuk melihat lanskap metabolik yang lengkap dan lengkap, ”kata Lau.
“Mampu benar-benar melihat apa yang sedang mereka lakukan di sana sekarang benar-benar hal yang paling menarik, sesuatu yang selalu ingin kami lakukan dan mencoba mencari tahu bagaimana melakukannya selama 20 tahun terakhir, dan sekarang kami dapat akhirnya lakukan itu, ”kata Onstott.
"Foto pertama [Lau], itu seperti mendapatkan gambar pertama kembali dari Mars atau sesuatu, itu luar biasa, " tambahnya.
Kebun Binatang yang Benar
Di mana ada mangsa, biasanya ada predator. Dan bakteri membuat makanan enak untuk banyak makhluk.
Ketika Gaetan Borgonie mendengar tentang bakteri dalam ini, dia bertanya-tanya apakah dia bisa menemukan cacing yang disebut nematoda — yang memakan bakteri — di tempat-tempat yang sama di bawah tanah. Borgonie, ahli zoologi di Extreme Life Isyensya di Gentbrugge, Belgia, telah menangani cacing ini selama 20 tahun. Dia tahu bahwa nematoda dapat bertahan dari berbagai kondisi di permukaan, termasuk suhu yang sangat panas atau dingin dan tingkat oksigen yang sangat rendah, sehingga secara teori, mereka cocok untuk kondisi jauh di bawah tanah.
Borgonie memanggil Onstott, yang mengundangnya untuk menjelajahi tambang di Afrika Selatan. Tetapi menemukan cacing ini tidak mudah. Meskipun mereka sangat berlimpah di permukaan, di tambang Borgonie harus mencicipi lebih dari 2.500 galon air untuk menemukan nematoda tunggal. "Anda benar-benar perlu mengubah pola pikir Anda dan meninggalkan apa yang Anda ketahui dari permukaan, karena bawah tanah adalah planet yang berbeda, " katanya.
Borgonie menemukan sejumlah besar nematoda yang hidup di tambang di air berumur 3.000 hingga 12.000 tahun dari lubang bor, serta di stalaktit yang tergantung di terowongan tambang. Ini termasuk satu spesies baru yang ditemukan hampir satu mil di bawah permukaan, dan satu lagi cacing tak dikenal yang hidup lebih dari dua mil di bawah. Hewan-hewan ini adalah bukti pertama kehidupan multiseluler dan eukariotik sedalam ini, kata Borgonie.
Berbeda dengan bakteri unik yang ditemukan di kedalaman ini, sebagian besar cacing milik spesies yang ditemukan di permukaan. "Hewan-hewan ini sudah terbiasa stres, dan mereka yang oportunistik di permukaan melakukannya dengan sangat baik di bawah tanah, " kata Borgonie.
Lingkungan yang dalam mungkin sebenarnya menawarkan beberapa manfaat, mengingat kondisi yang stabil dan kurangnya predator untuk cacing. "Bagi mereka itu seperti liburan, " kata Borgonie.
Panah putih menunjuk ke bakteri yang ditemukan dalam biofilm dalam air sumur bor dari tambang emas Kopanang Afrika Selatan. (Gaetan Borgonie) Yakin bahwa pasti ada lebih banyak makhluk hidup di tambang, Borgonie meninggalkan peralatan pengambilan sampelnya di tambang emas Driefontein Afrika Selatan selama dua tahun untuk menyaring lebih dari tiga juta galon air — cukup untuk mengisi hampir lima kolam renang ukuran Olimpiade.
"Saat itulah kami menemukan seluruh kebun binatang, " kata Borgonie. Dia mengidentifikasi beberapa organisme multiseluler lainnya, termasuk cacing pipih dan cacing tersegmentasi, serta apa yang tampak seperti krustasea. Hampir semua spesies ini bertahan hidup dengan memakan bakteri.
Penemuan organisme ini mendorong ilmuwan yang mencari kehidupan di luar bumi, kata Borgonie. “Saya pikir sangat bagus kita menemukan ekosistem besar di bawah tanah, ” katanya. "Jika kita dapat membuktikan bahwa mereka dapat bertahan hidup di bawah tanah tanpa batas waktu, maka itu mungkin merupakan kabar baik bagi orang yang mencari kehidupan di Mars."
“Saya akan sangat senang [melakukan] pekerjaan ini di planet Mars, ” katanya. "Itu sebabnya saya selalu mengatakan, jika mereka memberi saya tiket sekali jalan ke Mars, saya pergi."
Alien Deep
Borgonie mungkin belum memiliki tiketnya, tetapi misi eksplorasi ruang angkasa yang akan datang dapat memberi kita gambaran yang lebih baik tentang apakah bagian lain dari tata surya dapat mendukung kehidupan.
"Salah satu hal yang telah memberi orang rasa optimisme di mana astrobiologi terkait adalah menemukan bahwa ada organisme yang dapat bertahan dalam kondisi yang kita anggap sangat ekstrim, " kata Tori Hoehler, astrobiolog di Pusat Penelitian Ames NASA. Hoehler adalah anggota tim Rock-Powered Life dari NASA Astrobiology Institute, yang mempelajari bagaimana reaksi antara berbagai jenis batu dan air dapat menghasilkan energi yang cukup untuk mendukung kehidupan.
"Salah satu habitat paling umum yang tersedia di luar sana adalah yang didefinisikan oleh batu dan air, " kata Hoehler. Anda dapat membayangkan akuifer duduk jauh di bawah permukaan Mars atau lautan melayang di atas kerak berbatu bulan Jupiter Europa atau bulan Saturnus Enceladus, katanya.
Misi Europa Multiple Flyby NASA, yang diperkirakan akan diluncurkan dalam lima hingga sepuluh tahun ke depan, akan memberi para ilmuwan gagasan yang lebih baik tentang apakah bulan es Jupiter memiliki lingkungan yang dapat mendukung kehidupan. Adapun Mars, peneliti telah beralih dari bertanya apakah mereka dapat menemukan lingkungan yang layak huni untuk benar-benar mencari bukti kehidupan itu sendiri, kata Hoehler.
Meskipun kondisi di permukaan Mars saat ini sangat tidak ramah bagi kehidupan, planet ini tampaknya memiliki atmosfer dan air permukaan pada suatu waktu di masa lalu. Jika kehidupan telah berevolusi kemudian, itu bisa menyebar ke permukaan Mars, di mana lingkungan tetap stabil bahkan ketika permukaan berubah menjadi bermusuhan. Mungkin saja kehidupan masih ada jauh di bawah tanah, menunggu kita untuk menggalinya.
Sebuah rendering seorang seniman dari ExoMars Rover ESA, yang akan membawa bor yang dirancang untuk menyelidiki hingga 6, 5 kaki di bawah permukaan Mars. (ESA) Kita tidak perlu menunggu terlalu lama untuk mengintip pertama kali di bawah permukaan Mars. Misi ExoMars 2018 dari Badan Antariksa Eropa akan mengebor sekitar enam kaki di bawah permukaan Mars untuk mencari tanda-tanda kehidupan. Itu mungkin tidak cukup dalam untuk menemukan organisme hidup, tetapi harus cukup jauh di bawah permukaan sehingga kita bisa menemukan bukti kehidupan.
Lebih dari 20 tahun sejak bakteri purba pertama kali memberinya sekilas tentang kehidupan dalam Bumi, Onstott tidak sabar untuk melihat apa yang kita temukan di Mars, terutama sekali para ilmuwan dapat menggali sedikit lebih dalam.
"Jika ada titik manis di Mars, di suatu tempat di mana Anda hanya mendapatkan keseimbangan suhu dan air yang tepat, maka mungkin ada organisme yang bertahan hidup dalam kondisi itu."
Pelajari tentang penelitian ini dan lainnya di Deep Carbon Observatory.
