خاک پشته سنگی در قطب جنوب مرکزی هرگز حاوی میکروارگانیسم‌ها نبوده است.
برای اولین بار، دانشمندان کشف کرده‌اند که به نظر می‌رسد هیچ حیاتی در خاک سطح زمین وجود ندارد. این خاک از دو پشته سنگی و بادخیز در قسمت داخلی قطب جنوب، در فاصله 488 کیلومتری از قطب جنوب، جایی که هزاران فوت یخ به کوه‌ها نفوذ می‌کند، می‌آید.
نوح فایرر، بوم‌شناس میکروبی در دانشگاه کلرادو بولدر که تیمش خاک را مطالعه می‌کند، می‌گوید: «مردم همیشه فکر می‌کردند که میکروب‌ها مقاوم هستند و می‌توانند در هر جایی زندگی کنند.» گذشته از همه اینها، موجودات تک سلولی در منافذ هیدروترمال با دمای بیش از ۲۰۰ درجه فارنهایت، در دریاچه‌های زیر نیم مایل یخ در قطب جنوب و حتی ۱۲۰۰۰۰ فوت بالاتر از استراتوسفر زمین یافت شده‌اند. اما پس از یک سال کار، فرر و دانشجوی دکترایش نیکلاس دراگون هنوز هیچ نشانه‌ای از حیات در خاک قطب جنوب که جمع‌آوری کرده‌اند، پیدا نکرده‌اند.
فایرر و دراگون خاک‌های ۱۱ رشته‌کوه مختلف را که نشان‌دهنده طیف وسیعی از شرایط بودند، مورد مطالعه قرار دادند. خاک‌هایی که از مناطق کوهستانی پایین‌تر و کمتر سردسیر می‌آیند، حاوی باکتری و قارچ هستند. اما در برخی از کوه‌های دو رشته‌کوه مرتفع، خشک‌ترین و سردترین آنها، هیچ نشانه‌ای از حیات وجود ندارد.
فرر گفت: «ما نمی‌توانیم بگوییم که آنها استریل هستند.» میکروبیولوژیست‌ها به یافتن میلیون‌ها سلول در یک قاشق چایخوری خاک عادت دارند. بنابراین، تعداد بسیار کمی (مثلاً ۱۰۰ سلول زنده) ممکن است از تشخیص پنهان بمانند. «اما تا آنجا که ما می‌دانیم، آنها حاوی هیچ میکروارگانیسمی نیستند.»
چه برخی از خاک‌ها واقعاً عاری از حیات باشند و چه بعداً کشف شوند که حاوی برخی از سلول‌های باقی‌مانده هستند، یافته‌های جدیدی که اخیراً در مجله JGR Biogeosciences منتشر شده‌اند، می‌توانند به جستجوی حیات در مریخ کمک کنند. خاک قطب جنوب دائماً یخ‌زده، پر از نمک‌های سمی است و دو میلیون سال است که آب مایع زیادی نداشته است - مشابه خاک مریخ.
آنها در ژانویه ۲۰۱۸ طی یک سفر اکتشافی با بودجه بنیاد ملی علوم به مناطق دورافتاده کوه‌های ترانس‌آنتارکتیک جمع‌آوری شدند. آنها از داخل قاره عبور می‌کنند و فلات قطبی مرتفع در شرق را از یخ‌های کم‌ارتفاع در غرب جدا می‌کنند. دانشمندان در یخچال شکلتون، یک نوار نقاله یخی ۶۰ مایلی که از شکافی در کوهستان به پایین جریان دارد، اردو زدند. آنها از هلیکوپتر برای پرواز به ارتفاعات بالا و جمع‌آوری نمونه‌ها در بالا و پایین یخچال استفاده کردند.
در کوه‌های گرم و مرطوب در پای یک یخچال طبیعی، تنها چند صد فوت بالاتر از سطح دریا، آنها کشف کردند که خاک محل سکونت حیواناتی کوچکتر از دانه کنجد است: کرم‌های میکروسکوپی، خرس‌های آبی هشت پا، روتیفرها و کرم‌های ریز به نام دم فنری‌ها. حشرات بالدار. این خاک‌های شنی لخت حاوی کمتر از یک هزارم باکتری موجود در یک چمنزار مرتب هستند، که برای تأمین غذا برای گیاهخواران کوچک که در زیر سطح کمین کرده‌اند، کافی است.
اما این نشانه‌های حیات به تدریج با بازدید تیم از کوه‌های بلندتر در اعماق یخچال ناپدید شدند. در بالای یخچال، آنها از دو کوه - کوه شرودر و کوه رابرتز - که بیش از ۷۰۰۰ فوت ارتفاع دارند، بازدید کردند.
بایرون آدامز، زیست‌شناس دانشگاه بریگهام یانگ در پروو، یوتا و سرپرست این پروژه، به یاد می‌آورد که بازدیدها از کوه شرودر بسیار طاقت‌فرسا بود. دمای هوا در این روز تابستانی نزدیک به صفر درجه فارنهایت بود. باد زوزه‌کشان به آرامی یخ و برف را تبخیر کرد و کوه‌ها را برهنه گذاشت، تهدیدی دائمی برای بلند کردن و پرتاب بیل‌های باغبانی که برای کندن شن آورده بودند. این زمین پوشیده از سنگ‌های آتشفشانی مایل به قرمز است که طی صدها میلیون سال توسط باد و باران فرسایش یافته و آنها را به صورت حفره‌دار و صیقلی باقی گذاشته است.
وقتی دانشمندان سنگ را بلند کردند، متوجه شدند که پایه آن با پوسته‌ای از نمک‌های سفید پوشیده شده است - کریستال‌های سمی پرکلرات، کلرات و نیترات. پرکلرات‌ها و کلرات‌ها، نمک‌های خورنده و واکنش‌پذیر که در سوخت موشک و سفیدکننده‌های صنعتی استفاده می‌شوند، نیز به وفور در سطح مریخ یافت می‌شوند. بدون آب برای شستشو، نمک روی این کوه‌های خشک قطب جنوب جمع می‌شود.
آدامز گفت: «مثل نمونه‌برداری روی مریخ است. وقتی بیل را فرو می‌کنید، می‌دانید که اولین چیزی هستید که خاک را برای همیشه - شاید میلیون‌ها سال - به هم زده‌اید.»
محققان اظهار داشتند که حتی در چنین ارتفاعات بالایی و در سخت‌ترین شرایط، هنوز هم میکروارگانیسم‌های زنده در خاک پیدا خواهند کرد. اما این انتظارات در اواخر سال ۲۰۱۸، زمانی که دراگون از تکنیکی به نام واکنش زنجیره‌ای پلیمراز (PCR) برای تشخیص DNA میکروبی در خاک استفاده کرد، شروع به کمرنگ شدن کرد. دراگون ۲۰۴ نمونه از کوه‌های بالا و پایین یخچال طبیعی را آزمایش کرد. نمونه‌های کوه‌های پایین‌تر و خنک‌تر، مقادیر زیادی DNA به دست آوردند. اما اکثر نمونه‌ها (۲۰٪) از ارتفاعات بالا، از جمله بیشتر نمونه‌های کوه شرودر و رابرتز ماسیف، برای هیچ نتیجه‌ای آزمایش نشدند، که نشان می‌دهد آنها حاوی میکروارگانیسم‌های بسیار کمی هستند یا شاید اصلاً هیچ میکروارگانیسمی ندارند.
فرل گفت: «وقتی او برای اولین بار شروع به نشان دادن نتایج به من کرد، با خودم فکر کردم، 'یک جای کار می‌لنگد'». او فکر می‌کرد حتماً مشکلی در نمونه یا تجهیزات آزمایشگاه وجود دارد.
دراگون سپس یک سری آزمایش‌های اضافی برای جستجوی نشانه‌های حیات انجام داد. او خاک را با گلوکز تیمار کرد تا ببیند آیا ارگانیسم‌های خاصی در خاک آن را به دی‌اکسید کربن تبدیل می‌کنند یا خیر. او در تلاش بود تا ماده شیمیایی به نام ATP را کشف کند که توسط تمام موجودات زنده روی زمین برای ذخیره انرژی استفاده می‌شود. او برای چندین ماه، قطعاتی از خاک را در مخلوط‌های مختلف مواد مغذی کشت داد و سعی کرد میکروارگانیسم‌های موجود را متقاعد کند که به صورت کلونی رشد کنند.
فرل گفت: «نیک سینک آشپزخانه را به سمت این نمونه‌ها پرتاب کرد.» با وجود همه این آزمایش‌ها، او هنوز در برخی از خاک‌ها چیزی پیدا نکرد. «واقعاً شگفت‌انگیز است.»
ژاکلین گوردیال، میکروبیولوژیست محیطی در دانشگاه گوئلف کانادا، نتایج را «جذاب» می‌نامد، به ویژه تلاش‌های دراگون برای تعیین عواملی که بر احتمال یافتن میکروارگانیسم‌ها در یک مکان مشخص تأثیر می‌گذارند. او دریافت که ارتفاع زیاد و غلظت بالای کلرات قوی‌ترین پیش‌بینی‌کننده‌های عدم شناسایی حیات هستند. گودیر گفت: «این یک کشف بسیار جالب است. این موضوع چیزهای زیادی در مورد محدودیت‌های حیات روی زمین به ما می‌گوید.»
او کاملاً متقاعد نشده است که خاک آنها واقعاً بی‌جان است، که تا حدودی به دلیل تجربیات خودش در بخش دیگری از قطب جنوب است.
چند سال پیش، او خاک‌هایی از محیطی مشابه در کوه‌های ترانس‌آنتارکتیک، مکانی در ۵۰۰ مایلی شمال غربی یخچال شکلتون به نام دره دانشگاه را مطالعه کرد که ممکن است به مدت ۱۲۰۰۰۰ سال رطوبت یا دمای ذوب قابل توجهی نداشته باشد. وقتی او آن را به مدت ۲۰ ماه در دمای ۲۳ درجه فارنهایت، دمای معمول تابستان در دره، انکوبه کرد، خاک هیچ نشانه‌ای از حیات نشان نداد. اما وقتی نمونه‌های خاک را چند درجه بالاتر از نقطه انجماد حرارت داد، برخی از آنها رشد باکتری را نشان دادند.
برای مثال، دانشمندان کشف کرده‌اند که سلول‌های باکتریایی حتی پس از هزاران سال در یخچال‌های طبیعی زنده می‌مانند. وقتی آنها به دام می‌افتند، متابولیسم سلول می‌تواند یک میلیون بار کند شود. آنها به حالتی می‌روند که دیگر رشد نمی‌کنند، بلکه فقط آسیب DNA ناشی از نفوذ پرتوهای کیهانی به یخ را ترمیم می‌کنند. گودیر حدس می‌زند که این «بازماندگان کند» ممکن است همان‌هایی باشند که او در دره کالج پیدا کرده است - او گمان می‌کند که اگر دراگون و فایرر 10 برابر بیشتر خاک را تجزیه و تحلیل می‌کردند، ممکن بود آنها را در رابرتز ماسیف یا کوه شرودر پیدا کنند.
برنت کریستنر، که در دانشگاه فلوریدا در گینزویل میکروب‌های قطب جنوب را مطالعه می‌کند، معتقد است که این خاک‌های خشک و مرتفع می‌توانند به بهبود جستجوی حیات در مریخ کمک کنند.
او خاطرنشان کرد که فضاپیماهای وایکینگ ۱ و وایکینگ ۲ که در سال ۱۹۷۶ بر روی مریخ فرود آمدند، آزمایش‌های تشخیص حیات را بر اساس مطالعاتی بر روی خاک‌های پست نزدیک سواحل قطب جنوب، منطقه‌ای به نام دره‌های خشک، انجام دادند. برخی از این خاک‌ها در تابستان از ذوب شدن یخ‌ها مرطوب می‌شوند. آنها نه تنها حاوی میکروارگانیسم‌ها هستند، بلکه در برخی نقاط کرم‌های ریز و حیوانات دیگر نیز وجود دارند.
در مقابل، خاک‌های خشک و مرتفع کوه رابرتز و کوه شرودر ممکن است زمینه‌های آزمایش بهتری را برای ابزارهای مریخی فراهم کنند.
کریستنر گفت: «سطح مریخ بسیار بد است. هیچ موجود زنده‌ای روی زمین نمی‌تواند روی سطح آن زنده بماند» - حداقل یک یا دو اینچ بالایی آن. هر فضاپیمایی که برای جستجوی حیات به آنجا می‌رود، باید آماده باشد تا در برخی از سخت‌ترین مکان‌های زمین فعالیت کند.
حق نشر © ۱۹۹۶–۲۰۱۵ انجمن نشنال جئوگرافیک. حق نشر © شرکای نشنال جئوگرافیک، LLC، ۲۰۱۵-۲۰۲۳. تمامی حقوق محفوظ است.
زمان ارسال: ۱۸ اکتبر ۲۰۲۳