Beberapa mil di selatan Lovell, Wyoming, dekat perbatasan Montana, jalur kereta api Burlington Northern memulai pendakian bertahap dari padang rumput dan kebun kapas. Lintasan naik menjadi ngarai berwarna madu yang menembus batu kapur Madison, formasi yang sudah kuno pada saat dinosaurus menjelajahi pantai-pantai Wyoming, kemudian melewati di atas ruang bawah tanah, 30 kaki di bawah, yang dikenal sebagai Gua Kane Bawah. Pintu masuk gua hampir tidak terlihat, celah hampir terkubur oleh puing-puing curam tanggul kereta api.
Konten terkait
- Asal Mula Kehidupan
- EcoCenter: Tanah
Tersandung menuruni lereng pergelangan kaki yang memutar di belakang tim ilmuwan, saya menggeliat kaki pertama melalui celah 30 inci. Membungkuk dua kali dan meraba-raba ke depan dalam kegelapan, aku menyelinap masuk ke sungai yang bergerak cepat dan merangkak dengan keempat kakinya sebelum menemukan ruang yang cukup untuk berdiri tegak di tepi lumpur. Mata saya segera menyesuaikan dengan cahaya redup headlamp saya, tetapi kulit saya tetap lengket; tidak seperti kebanyakan gua di garis lintang ini yang tetap sejuk sepanjang tahun, suhu di Kane Bawah melayang pada suhu 75 derajat lembab yang tidak nyaman. Bau busuk dan tajam tersangkut di tenggorokanku.
Lower Kane tidak memiliki kolom berkilau atau "gorden" berkilau dari tempat-tempat wisata bawah tanah seperti New Mexico's Carlsbad Caverns atau Kentucky's MammothCave. Hampir tidak lebih besar dari stasiun kereta bawah tanah khas Kota New York, Lower Kane bahkan tidak memiliki stalaktit yang paling sederhana. Namun gua tanpa kepemilikan ini terbukti menjadi tambang emas ilmiah, menarik ke kedalaman lembab sekelompok peneliti yang energik, dipimpin oleh Annette Summers Engel dari University of Texas. Mengenakan masker keselamatan untuk melindungi dari gas beracun yang meluap dari tiga kolam yang diberi makan pegas, tim ini sedang mengejar bab terakhir dalam upaya 30 tahun untuk memahami bentuk gua langka dan eksotis yang Kane wakili; hanya sekitar selusin gua sulfida aktif yang ditemukan di seluruh dunia. Ketika pertama kali diusulkan pada awal 1970-an, teori asal usul mereka begitu kontroversial sehingga komunitas ilmiah membutuhkan waktu hampir dua dekade untuk merangkulnya. Akhirnya, geokimia yang tidak biasa dari gua-gua ini membalikkan pemikiran konvensional tentang bagaimana mereka terbentuk.
Lebih penting lagi, penemuan "kehidupan gelap" - koloni mikroba yang tumbuh subur di dunia bawah laut yang gelap dan asam ini - telah membuang keyakinan lama bahwa gua kebanyakan adalah tempat tandus dan steril. Para ilmuwan sedang berburu di kedalaman yang tersembunyi untuk mikroba yang dapat menyebabkan perawatan kanker baru. Dan penelitian gua juga mempengaruhi pemikiran para ilmuwan tentang asal usul kehidupan di bumi dan kemungkinan keberadaannya di dunia lain. "Sebuah gua adalah lingkungan yang sangat berbeda, hampir seperti pergi ke planet lain, " kata geomikrobiolog New Mexico Tech, Penny Boston. “Dalam arti tertentu, ini adalah planet lain — bagian dari planet kita sendiri yang belum kita jelajahi. Sama seperti lautan yang dalam menjadi dapat diakses oleh sains hanya dalam beberapa dekade terakhir, sekarang kami menemukan upaya perintis semacam itu terjadi di gua-gua. ”(Sebuah penjelajahan televisi tentang penelitian gua, “ Mysterious Life of Caves, ”mengudara di PBS's NOVA 1 Oktober.)
Pada akhir 60-an, seorang mahasiswa pascasarjana Stanford University yang mencari topik yang menantang untuk tesis PhD-nya menjadi ilmuwan pertama yang menembus celah di tanggul kereta api Wyoming. Keingintahuan Stephen Egemeier segera terangsang oleh suhu yang lebih rendah dari Kan Kan yang hangat dan bau yang tidak sedap. Yang lebih aneh lagi adalah tumpukan besar mineral berlumpur yang jarang ditemukan di gua. Ini adalah gipsum, atau kalsium sulfat, bahan utama dalam Sheetrock atau drywall, bahan yang akrab dengan konstruksi rumah. Ketika Egemeier menemukan bahwa mata air Kane Bawah tidak hanya panas tetapi juga meluapkan gas hidrogen sulfida (terkenal karena bau busuknya), ia berteori bahwa hidrogen sulfida aktif bekerja dalam mengukir Lower Kane. Apa pun sumber bawah tanah yang berpotensi berasal dari gas beracun — apakah reservoir vulkanik Yellowstone di barat atau ladang minyak BighornBasin di selatan — gas itu menggelegak keluar dari mata air dan masuk ke gua. Secara alami tidak stabil, ia bereaksi dengan oksigen di dalam air untuk membentuk asam sulfat. Asam itu menggerogoti dinding gua dan menghasilkan gipsum sebagai produk sampingan.
Penelitian perintis Egemeier tidak pernah dipublikasikan secara luas dan menarik sedikit perhatian di tahun 70-an. Tetapi sementara itu merana, sekelompok ilmuwan lain bergulat dengan beberapa teka-teki gua yang sama membingungkannya. Kali ini, perburuan detektif ilmiah berlangsung jauh dari ngarai terjal Wyoming di kedalaman yang terinjak-injak dari tujuan wisata utama, Carlsbad Caverns.
Kisah awal carlsbad pada dasarnya adalah kisah seorang individu, Jim White. Sebagai seorang remaja di tahun 1890-an, White berkeliaran di dekat tempat perkemahannya di GuadalupeMountains di tenggara New Mexico ketika dia melihat awan gelap yang aneh berputar-putar dari lantai gurun. "Kupikir itu gunung berapi, " katanya kemudian, "tapi kemudian aku belum pernah melihat gunung berapi." Menelusuri awan sampai ke asalnya di mulut gua raksasa, White berdiri terpaku oleh tontonan jutaan kelelawar yang menuangkan keluar pada eksodus berburu malam mereka. Maka dimulailah obsesinya seumur hidup dengan Carlsbad Caverns, yang umumnya dia jelajahi sendiri, dengan hanya kerlipan lemah lampu minyak tanah untuk membimbingnya. Kisah-kisah White tentang labirin bawah tanah yang luas membuatnya menjadi semacam bahan tertawaan lokal sampai ia membujuk seorang fotografer untuk menemaninya ke dalam gua pada tahun 1915. Pada bulan-bulan berikutnya, White akan menurunkan pengunjung dengan ember besi di atas kerekan yang goyah ke kegelapan. kaki di bawah. Hari ini, tentu saja, obsesinya sendiri telah menjadi taman nasional yang menarik setengah juta pengunjung per tahun.
Tapi mungkin aspek yang paling mengejutkan dari cerita Carlsbad adalah bahwa bahkan hingga tahun 1970-an, ketika pengunjung musim panas setiap hari berjumlah ribuan, mineralogi gua-gua dan banyak fitur yang membingungkan hampir tidak pernah dipelajari. Speleologi, atau studi tentang gua, hampir tidak merupakan ilmu yang terhormat, dan menurut ahli gua Carol Hill, ahli geologi arus utama cenderung menolak sebagai "penjarah kotor" yang tertarik pada subjek.
Kemudian, suatu hari di bulan Oktober 1971, Hill dan tiga mahasiswa pascasarjana geologi muda naik tangga curam ke salah satu kamar Carlsbad yang terpencil. Ketika mereka memanjat tentang Ruang Misteri, dinamai karena suara aneh yang dibuat oleh angin di sana, mereka bingung oleh sepetak tanah liat kebiru-biruan di kaki mereka dan remah, remah-remah seperti cornflake di dinding. Yang lebih aneh lagi adalah blok besar mineral putih yang lembut di tempat lain di dalam gua. Blok seperti itu seharusnya tidak ada di sana sama sekali.
Untuk satu hal, mineral ini, gipsum, cepat larut dalam air. Dan penjelasan konvensional tentang bagaimana gua terbentuk melibatkan aksi air — banyak dari itu — meresap melalui batu kapur selama jutaan tahun. Kimia ini sederhana: ketika hujan turun melalui atmosfer dan menetes ke tanah, ia mengambil karbon dioksida dan membentuk larutan asam lemah, asam karbonat. Air tanah yang agak korosif ini menggerogoti batu kapur dan, lebih dari ribuan tahun, mengukir gua.
Menurut teori yang diterima secara universal ini, semua gua batu kapur harus terdiri dari koridor panjang dan sempit. Namun sebagai orang yang telah berjalan melalui atraksi utama Carlsbad, Big Room, tahu, itu adalah ruang raksasa, seperti katedral yang membentang setara dengan enam lapangan sepak bola. Seandainya sungai bawah tanah utama mengukir gua yang sangat luas ini, sungai itu seharusnya telah mengikis atau menyapu segala yang ada di jalurnya, termasuk gypsum. Namun tumpukan putih raksasa barang sampai setebal 15 kaki terletak di lantai Kamar Besar, salah satu ruang gua terbesar di dunia.
Bingung, Hill terpaksa menyimpulkan bahwa beberapa metode pembentukan gua yang berbeda secara drastis pasti sedang bekerja di GuadalupeMountains. Tak lama kemudian ia muncul dengan teori yang mirip dengan teori Egemeier: bahwa hidrogen sulfida yang dilepaskan oleh ladang minyak dan gas di dekatnya telah naik melalui pegunungan dan bereaksi dengan oksigen dalam air tanah untuk menghasilkan asam sulfat, yang kemudian menggerogoti gua selama jutaan tahun. .
Teori hidrogen sulfida-nya membangkitkan skeptisisme yang kuat di antara para ahli geologi, yang mencari bukti, yang Carlsbad, sebagai "mati" atau tidak lagi membentuk gua, tidak bisa menyediakan. Untuk mengonfirmasi teori Hill, para ilmuwan perlu menyelidiki situs di mana asam sulfat masih menggerogoti gua — seperti di Lower Kane. Tetapi selama bertahun-tahun, gua kecil di bawah jalur kereta api kurang lebih sudah terlupakan.
Pada tahun 1987, penelitian Hill yang cermat terhadap Guadalupes akhirnya muncul, bertepatan dengan publikasi karya Stephen Egemeier setelah kematiannya pada tahun 1985. Studi-studi ini, bersama dengan penemuan baru dari segelintir gua sulfida aktif lainnya di seluruh dunia, terbukti tanpa keraguan. bahwa gua di beberapa daerah dibentuk oleh asam sulfat. Tetapi sekarang muncul pertanyaan yang lebih menggiurkan: Bagaimana kehidupan bisa berkembang di dalam gua-gua gelap gulita yang penuh dengan gas beracun?
Salah satu momen paling menakutkan saya mengunjungi Lower Kane adalah ketika saya mengarahkan sinar senter saya ke salah satu dari tiga kolam gua. Tepat di bawah permukaan air terbentang pola gila anyaman berserabut dan filmy dalam nuansa warna biru-hitam, ungu terang dan oranye Hari-Glo, seolah-olah beberapa seniman pop tahun 1960-an telah melemparkan cat ke segala arah. Di beberapa tempat, pola oranye berbintik-bintik mengingatkan saya pada gambar NASA tentang permukaan Mars yang gersang. Di tempat lain, sepertinya seseorang telah membuang saus spageti ke dalam air. Dan mengapung di air langsung di atas setiap mata air, filamen putih spidery, seperti sarang laba-laba yang halus, menampilkan tarian hantu di bawah air dalam arus yang menggelegak dari bawah.
Warna-warna psychedelic semua milik tikar bakteri, film gelatin senyawa karbon yang dihasilkan oleh mikroba tak terlihat. Hasil sampingan yang jelas dari aktivitas bakteri ini dapat dilihat berkelompok di sekitar sumber air panas di Yellowstone dan di tempat lain, meskipun pada permukaannya mereka dapat dikalahkan oleh persaingan dari ganggang dan organisme lain. Tapi apa yang mereka lakukan di sini di Lower Kane, tumbuh subur di tempat dengan gas beracun dan tanpa sinar matahari?
Untuk sebagian besar abad ke-20, para ilmuwan percaya tidak ada bakteri yang bisa hidup lebih dari beberapa meter di bawah tanah lapisan atas atau lumpur laut; di bawah itu, para ilmuwan berpikir, hidup hanya gagal. Kemudian, pada tahun 1977, muncul penemuan menakjubkan cacing tabung aneh dan hewan eksotis lainnya, semua berkerumun di sekitar gunung berapi yang tenggelam begitu dalam di Pasifik sehingga sinar matahari tidak mencapai mereka. Ekosistem dunia lain ini ternyata bergantung hampir sepenuhnya pada aktivitas bakteri pencinta belerang, tumbuh subur pada arus dan gas panas yang dilepaskan oleh ventilasi bawah laut. Pengungkapan yang sama mengejutkannya tentang mikroba di tempat-tempat lain yang tak terduga segera menyusul: bakteri ditemukan dalam inti yang dibor lebih dari satu mil di bawah Virginia, di dalam bebatuan dari Antartika yang tidak ramah, dan lebih dari enam mil di Pasifik di dasar Parit Marianas. Beberapa ilmuwan sekarang berspekulasi bahwa bakteri tersembunyi di bawah permukaan mungkin sama dengan massa semua bahan hidup di atas.
"Kehidupan gelap" ini, yang diisolasi selama miliaran tahun, membuka prospek yang menggiurkan bagi para ilmuwan. Ahli mikrobiologi berharap bahwa bakteri bawah tanah dapat menyebabkan antibiotik baru atau agen antikanker. Spesialis NASA sedang menyelidiki mereka dengan harapan mengidentifikasi tanda tangan yang mungkin mereka kenali dalam sampel batuan dari Mars atau dalam penyelidikan yang mungkin suatu hari menembus laut beku Eropa, salah satu bulan Jupiter.
Tetapi tantangan bagi semua pemburu serangga bawah tanah ini adalah akses, yang merupakan tempat Lower Kane masuk. "Gua menawarkan jendela jalan sempurna ke dunia aktivitas mikroba yang biasanya tersembunyi, " kata Diana Northup, penyelidik gua di Universitas. dari New Mexico. “Beberapa peneliti berspekulasi bahwa kehidupan berevolusi pertama kali di bawah tanah dan bergerak ke permukaan ketika kondisi membaik. Jika ini benar, maka studi tentang mikroba bawah permukaan dapat menawarkan petunjuk tentang sifat beberapa bentuk kehidupan paling awal di bumi. ”
Meskipun LowerKaneCave telah memberi saya satu atau dua merendam dan memar, ketidaknyamanan saya tidak seberapa dibandingkan dengan bermil-mil dari menggeliat dan meremas diperlukan untuk menembus banyak gua sulfida lainnya. Aksesibilitasnya adalah salah satu alasan Lower Kane menarik Annette Summers Engel pertama kali pada tahun 1999 dan setiap tahun sejak itu, memungkinkan dia dan tim ahli geologi, geokimiawan dan pakar DNA untuk mengangkut peralatan ilmiah masuk dan keluar dengan relatif mudah. Tes awal mereka dengan cepat mengkonfirmasi bahwa Stephen Egemeier benar: asam sulfat, hasil hidrogen sulfida bereaksi dengan oksigen, memang masih menggerogoti dinding gua. Pertanyaan yang paling menarik adalah apakah tikar bakteri Kane Bawah menambah serangan asam. Karena beberapa bakteri menghasilkan asam sulfat sebagai produk limbah, tentu saja itu tampak mungkin. Rencana Summers Engel adalah untuk menangani pertanyaan dari beberapa sudut yang berbeda. Tes DNA, misalnya, mungkin mengidentifikasi mikroba tertentu. Tes lain mungkin mengetahui apakah mikroba memakan, katakanlah, sulfur atau zat besi, dan apakah itu ditekan atau berkembang.
Hasil pendahuluan mengejutkan para peneliti. “Ketika kami pertama kali datang ke Lower Kane, ” kata Summers Engel, “kami secara alami mengasumsikan bahwa setiap tikar terutama terdiri dari mikroba pengoksidasi sulfur. Itu tampak seperti akal sehat. Apa yang kami temukan, sebaliknya, adalah kompleksitas yang mencengangkan. ”Setiap tikar, ternyata, sangat beragam seperti blok kota Manhattan. Ada banyak mikroba pemakan belerang, semuanya memakan gas yang menggelegak di mata air. Tapi ada campuran liar dari bakteri lain juga. Sebagai contoh, beberapa, tidak menyadari sulfur, mengumpankan limbah yang dihasilkan oleh tetangga mereka. Bug-bug itu juga tidak disatukan secara acak. Bakteri pemakan belerang, misalnya, berkumpul di bagian atas matras; sebagai konsumen oksigen yang rakus, mereka membutuhkan udara di permukaan mata air untuk bertahan hidup. Produsen metana yang tidak membutuhkan oksigen terkonsentrasi, dapat diprediksi, di bagian bawah matras.
Untuk mengetahui bagaimana tikar secara keseluruhan mempengaruhi gua, para ilmuwan merancang tes kesederhanaan yang elegan, yang melibatkan dua tabung plastik, masing-masing berisi chip batu kapur yang identik. Mulut salah satunya ditutupi dengan jaring plastik kasar, memungkinkan mikroba dan air dari mata air berputar di dalamnya. Yang lain ditutupi dengan membran yang menerima air tetapi menahan mikroba. Setelah merendam kedua tabung di pegas selama beberapa bulan, tim mempelajari chip di bawah mikroskop. Chip yang terpapar air asam dan mikroba lebih parah diadu dan memiliki bekas luka daripada yang terpapar air saja. Inilah bukti bahwa mikroba penghasil asam mempercepat pembuatan gua. "Tidak ada pertanyaan bahwa mikroba menambah kimia asam yang melarutkan batu kapur, " kata ahli geokimia University of Texas, Libby Stern, "dan bahwa tanpa tikar, Lower Kane mungkin akan terbentuk pada kecepatan yang jauh lebih lambat."
Tetapi penemuan lain bahkan lebih menggiurkan: spesies mikroba yang sama sekali baru, yang secara tentatif diidentifikasi oleh ahli biologi Universitas BrighamYoung, Megan Porter. Organisme baru ini tampaknya terkait erat dengan mikroba yang ditemukan di ventilasi bawah laut jauh di Pasifik, kemungkinan titik asal bagi munculnya kehidupan. "Ini adalah penemuan yang menarik, " kata Porter, "karena itu menyiratkan bahwa jenis metabolisme yang ditemukan di LowerKaneCave sangat kuno." Ini juga cocok dengan bukti yang berkembang bahwa kehidupan mungkin telah dimulai di kedalaman. Dalam surga bawah permukaan seperti gua, ventilasi bawah laut dan di dalam tanah, mikroba primitif akan terlindung dari ledakan vulkanik, pemboman meteor dan radiasi ultraviolet yang intens yang membuat planet ini sangat tidak ramah di tahun-tahun awalnya. Di tempat perlindungan kuno ini, yang baru saja diketahui oleh manusia cara menembus, kehidupan berevolusi jauh dari sinar matahari, seringkali dalam kondisi ekstrem seperti panas dan keasaman. Tikar psychedelic Kane mengingatkan kita betapa perintis zaman bumi yang luar biasa beragam dan kuat.
Tetapi cakrawala penelitian gua terbentang jauh melampaui planet kita sendiri. Banyak astronom dan ahli geologi berspekulasi bahwa bulan Jupiter, Europa dan Mars, masing-masing mengandung air dan kondisi di bawah permukaan yang menyerupai milik kita. Jika mikroba dapat bertahan hidup dalam kondisi yang keras di sini, mengapa tidak ada juga? "Pekerjaan kami di gua-gua telah memperluas batas-batas kehidupan yang diketahui di planet kita sendiri, " kata Penny Boston. "Tapi itu juga latihan gladi resik untuk mempelajari situs biologis di planet lain, dan mendorong imajinasi kita untuk menghubungkan 'makhluk dalam bumi' bumi dengan makhluk luar angkasa."
