«Περίμενε ένα λεπτό.Τι είναι αυτό;» Η ζωή ακμάζει στην άβυσσο...

Η υδροθερμική οπή Godzilla, από το E/V Nautilus.Ένα παράδειγμα  πανύψηλου φρεατίου, μια κατασκευή στον βυθό του Ειρηνικού Ωκεανού κοντά στο Όρεγκον που ανέβηκε στα 40 μέτρα (130 πόδια) πριν πέσει το 1996.

Οι υδροθερμικές οπές σχηματίζονται σε ηφαιστειακές περιοχές όπου οι υποθαλάσσιοι θάλαμοι ανερχόμενου μάγματος δημιουργούν υποθαλάσσιες οροσειρές γνωστές ως κορυφογραμμές του μέσου ωκεανού. Το κρύο θαλασσινό νερό εισχωρεί σε ρωγμές στον πυθμένα της θάλασσας και μπορεί να θερμανθεί μέχρι τους 400° C, αλληλεπιδρώντας με πετρώματα υπόγεια που θερμαίνονται από το μάγμα. Η θερμότητα διεγείρει χημικές αντιδράσεις που έλκουν τα μέταλλα και τις χημικές ουσίες από τα πετρώματα, προτού τα υγρά διεισδύσουν ξανά μέσω των ανοιγμάτων εξαερισμού ως μια γεμάτη χημικά σούπα. (O. Paul Oberlander).

«Περίμενε ένα λεπτό. Τι είναι αυτό;»

Ήταν Φεβρουάριος του 1977 και ο Ρόμπερτ Μπάλαρντ, θαλάσσιος γεωλόγος στο Ωκεανογραφικό Ινστιτούτο Woods Hole (WHOI), κάθισε στο ερευνητικό σκάφος Knorr 400 μίλια από τις ακτές της Νότιας Αμερικής, κοιτάζοντας τις φωτογραφίες μπροστά του.

«Νομίζω ότι υπάρχει αστραφτερό νερό εδώ προς τα αριστερά, που βγαίνει ακριβώς από την κορυφή».

Οι φωτογραφίες είχαν τραβηχτεί από κάμερες που ρυμουλκήθηκαν 8.000 πόδια (2.500 μέτρα) κάτω από την επιφάνεια σε μια πλατφόρμα που ονομάζεται ANGUS. Αποκάλυψαν μια ανακάλυψη που θα ανατρέψει την κατανόησή μας για τη ζωή στη Γη: Ζεστό νερό από τον πυθμένα της θάλασσας κατά μήκος του ρήγματος των Γκαλαπάγκος.

Ο Μπάλαρντ, μαζί με μια ομάδα 30 θαλάσσιων γεωλόγων, γεωχημικών και γεωφυσικών, είχαν βρει την πρώτη γνωστή ενεργή υδροθερμική οπή στον κόσμο . Δεν υπήρχαν βιολόγοι στο πλοίο—γιατί κανείς δεν περίμενε τη δεύτερη συγκλονιστική ανακάλυψη που ήρθε αμέσως μετά: 

Η ζωή ακμάζει στην άβυσσο

Μύδια μήκους ενός ποδιού και σκουλήκια σωλήνα μεγέθους ανθρώπου με κεφάλια που έμοιαζαν με τουλίπα έκαναν το ήδη εξωγήινο τοπίο να φαίνεται εξω από κάθε λογική.

Οι υδροθερμικές οπές σχηματίζονται σε ηφαιστειακές περιοχές όπου οι υποθαλάσσιοι θάλαμοι ανερχόμενου μάγματος δημιουργούν υποθαλάσσιες οροσειρές γνωστές ως κορυφογραμμές του μέσου ωκεανού. Το κρύο θαλασσινό νερό εισχωρεί σε ρωγμές στον πυθμένα της θάλασσας και μπορεί να θερμανθεί μέχρι τους 400° C, αλληλεπιδρώντας με πετρώματα υπόγεια που θερμαίνονται από το μάγμα. Η θερμότητα διεγείρει χημικές αντιδράσεις που έλκουν τα μέταλλα και τις χημικές ουσίες από τα πετρώματα , προτού τα υγρά διεισδύσουν ξανά μέσω των ανοιγμάτων εξαερισμού ως μια γεμάτη χημικά σούπα.

Αποδεικνύεται ότι τα θρεπτικά συστατικά και οι χημικές ουσίες που έβγαιναν από τα φρεάτια τροφοδοτούσαν ένα πλούσιο και παραγωγικό οικοσύστημα. Κοινότητες μικροβίων τρέφονται με χημικές ουσίες στα υγρά αερισμού. Τα μικρόβια φιλοξενήθηκαν συμβιωτικά από τα παράξενα πλάσματα του βαθέος, τα οποία παρείχαν καταφύγιο με αντάλλαγμα τροφή. Χωρίς φυτά, χωρίς ηλιακό φως. Απλώς μικρόβια που μετατρέπουν το διοξείδιο του άνθρακα στον ωκεανό σε οργανικές ενώσεις — για τους ίδιους και για τους ξενιστές τους.

Η μακροχρόνια αντίληψη ότι η ζωή στον πυθμένα του ωκεανού δεν θα μπορούσε να υπάρξει χωρίς φαγητό που έπεφτε βροχή από την ηλιόλουστη επιφάνεια πετάχτηκε έξω από το παράθυρο. Μαζί με τη φωτοσύνθεση, υπήρχε χημειοσύνθεση που υποστήριζε ένα εντελώς νέο είδος οικοσυστήματος στην άβυσσο.

«Όλοι κάθισαν αμίλητοι», είπε ο Μπάλαρντ. «Ήταν σαν να επεξεργαζόμουν μια μη γραμμική εξίσωση. Ήταν καταπληκτικό να βρω αυτά τα πλάσματα».

Δύο χρόνια μετά την ανακάλυψη του πρώτου αεραγωγού στα Γκαλάπαγκος, οι επιστήμονες που εξερευνούσαν μια άλλη κορυφογραμμή στο μέσο του ωκεανού, μερικές εκατοντάδες μίλια βόρεια, βρήκαν αφανείς θερμοπίδακες με ζεστό, σκοτεινό, πλούσιο σε ορυκτά υγρά που εκτοξεύονταν από ψηλές κατασκευές που μοιάζουν με καμινάδα που προεξέχουν από τον πυθμένα της θάλασσας . Τα υγρά απομακρύνονταν σε υποβρύχια νέφη σαν καπνός από καπνογόνα. Ονόμασαν αυτούς τους νέους τύπους αεραγωγών μαύρους καπνιστές .

Από τότε, εκατοντάδες αεραγωγοί έχουν ανακαλυφθεί σε όλο τον παγκόσμιο ωκεανό , από την Ανταρκτική μέχρι την Αρκτική , μαζί με περίπου οκτακόσια είδη ζώων και αμέτρητα μικροβιακά είδη. Ο ρυθμός ανακάλυψης δεν δείχνει σημάδια ισοπέδωσης.

Τον Αύγουστο του 2017, ο επιστήμονας της WHOI Stefan Sievert διοργάνωσε το Συνέδριο Elizabeth W. and Henry A. Morss «Life Without Sunlight at Deep-Sea Hot Springs»-  Ζωή χωρίς ηλιακό φως στις θερμές πηγές βαθιάς θάλασσας, για να γιορτάσει την 40η επέτειο από την ανακάλυψη αυτών των μοναδικών οικοσυστημάτων και να ενημερώσει το κοινό για τις επιπτώσεις της χημειοσύνθεσης για τη ζωή στη Γη και πιθανώς σε άλλα πλανητικά σώματα. Συνέπεσε με το 6ο Διεθνές Συμπόσιο για τα Χημειοσυνθετικά Οικοσυστήματα (CBE6) στο οποίο συγκεντρώθηκαν επιστήμονες από όλο τον κόσμο για να συζητήσουν την τρέχουσα κατάσταση της υδροθερμικής έρευνας και πού οδηγούν τα πράγματα καθώς εξελίσσεται η κατανόησή μας για τη ζωή χωρίς ηλιακό φως.

Παλιοί αεραγωγοί, νέοι χώροι

Καθώς οι επιστήμονες άρχισαν να βρίσκουν πρόσθετες θέσεις εξαερισμού τις δεκαετίες που ακολούθησαν την αρχική ανακάλυψη, οι περισσότερες βρίσκονταν σε ηφαιστειακά ενεργές περιοχές κατά μήκος κορυφογραμμών στο μέσο του ωκεανού, παρόμοιες με το Ρήγμα των Γκαλαπάγκος. Στις αρχές της δεκαετίας του 2000, ωστόσο, τα πράγματα άρχισαν να αλλάζουν. Οι επιστήμονες ανακάλυψαν ένα σύστημα εξαερισμού γνωστό ως Υδροθερμικό Πεδίο της Χαμένης Πόλης κοντά στον άξονα κορυφογραμμής στον Ατλαντικό Ωκεανό. Καθισμένο σε μια αρχαία πλάκα φλοιού θαλάσσιου πυθμένα, το πεδίο περιείχε δομές εξαερισμού τόσο ψηλές όσο ο Πύργος της Πίζας και, σε αντίθεση με τις προηγούμενες ανακαλυφθείσες οπές, αυτό το σύστημα φιλοξενούνταν όχι σε πετρώματα φλοιού, αλλά σε περιδοτίτη, τον τύπο βράχου που αποτελεί το μεγαλύτερο μέρος του άνω μανδύα της Γης.

«Οι άνθρωποι άρχισαν να βρίσκουν υδροθερμικά συστήματα που δεν φιλοξενούνταν σε βασάλτη —το κύριο πέτρωμα που βρίσκουμε στον ωκεάνιο φλοιό», είπε ο Frieder Klein, γεωχημικός στο WHOI. «Αυτό είχε σημαντικές συνέπειες για την κατανόησή μας για αυτά τα συστήματα και τα οικοσυστήματα που σχετίζονται με αυτά, επειδή έχει διαφορά εάν το θαλασσινό νερό αντιδρά με τον ωκεάνιο φλοιό ή με τον μανδύα της Γης». Αλλάζει τη χημεία των υγρών που προέρχονται από τους αεραγωγούς.

Καθώς οι επιστήμονες επέκτειναν τις εξερευνήσεις τους σε άλλους τύπους γεωλογικών πλαισίων —στο περιθώριο ηπείρων και ηφαιστείων νησιών τόξων, για παράδειγμα, ή σε ζώνες καταβύθισης, όπου η μία πλάκα βυθίζεται κάτω από την άλλη— βρήκαν ποικιλία αεραγωγών και άλλα είδη ροής ρευστού στον πυθμένα της θάλασσας που μπορεί να υποστηρίξει τη χημειοσυνθετική ζωή, δήλωσε ο επιστήμονας της WHOI Κρις Τζέρμαν.

Ενεργοποιητές εξερεύνησης

Η εύρεση συστημάτων αερισμού σε διαφορετικά ωκεάνια περιβάλλοντα απαιτεί περιέργεια, αποφασιστικότητα και, καλά, κότσια. Χρειάζεται επίσης κάποια αρκετά ισχυρή τεχνολογία. Η πίεση σύνθλιψης μετάλλων, το καυτό θαλασσινό νερό και τα τραχιά, σκοτεινά τοπία είναι μερικές μόνο από τις ακραίες συνθήκες που κάνουν την έρευνα εξαερισμού δύσκολη για τους επιστήμονες και τα εργαλεία που κατεβάζουν εκεί.

Ευτυχώς, οι προκλήσεις της ακραίας εξερεύνησης βαθέων υδάτων οδήγησαν σε στενή συνεργασία μεταξύ  επιστημόνων της θάλασσας και μηχανικών και στην εμφάνιση μιας ποικιλίας τεχνολογιών που επιτρέπουν αυτές τις νέες ανακαλύψεις. Ρυμουλκούμενες πλατφόρμες όπως το ANGUS και ανθρωποκατειλημμένα υποβρύχια όπως το Alvin ακολουθήθηκαν από δεμένα τηλεχειριζόμενα οχήματα όπως ο Jason . Στη συνέχεια ήρθαν τα αυτόνομα υποβρύχια οχήματα με βαθιές καταδύσεις ή AUV. Αυτά τα οχήματα χωρίς πιλότους κολυμπούν σε βάθη 6.000 μέτρων ή σχεδόν 4 μίλια, εκτελώντας μια σειρά από βασικές λειτουργίες, όπως χαρτογράφηση θαλάσσιου πυθμένα υψηλής ανάλυσης, συλλογή δεδομένων θαλασσινού νερού και απεικόνιση.

«Πριν από την άφιξη αυτών των αυτόνομων οχημάτων, μπορούσαμε να στείλουμε μόνο in situ αισθητήρες από καλώδια βαθιάς ρυμούλκησης, γεγονός που έκανε τις λειτουργίες πολύ δύσχρηστες», είπε ο German. «Έπρεπε να κατεβάσουμε τις ταχύτητες στον πυθμένα της θάλασσας σε χοντρά καλώδια, τα οποία στη συνέχεια θα μπορούσαν να ρυμουλκηθούν μόνο αργά μέσα από τους ωκεανούς με 1 έως 1,5 κόμβους και σε ευθείες γραμμές για να αποφευχθεί η εμπλοκή. Με τα AUV, μπορούμε να συνδέσουμε τους ίδιους αισθητήρες και να κάνουμε σφιχτές στροφές και να χαρτογραφήσουμε συστηματικά τα πράγματα σε τρισδιάστατα μοτίβα πλέγματος». Αυτό δίνει στους επιστήμονες τη δυνατότητα να οπτικοποιήσουν ολόκληρα πεδία εξαερισμού σε μια εμβέλεια 5 μιλίων.

Για να λειτουργήσει καλά στη βαθιά θάλασσα, ένα AUV χρειάζεται την ικανότητα να αιωρείται, να σταματά και να αντιστρέφεται σε άγνωστο έδαφος, ενώ χαρτογραφεί διάφορα σχήματα και κινδύνους καθώς πλησιάζει σε ένα σημείο εξαερισμού. Και, αν κολλήσει, χρειάζεται την εξυπνάδα για να διασωθεί.

«Το 2005, είχαμε την ABE, τον Αυτόνομο Βενθικό Εξερευνητή μας , παρκαρισμένο με τη μύτη πάνω σε μια καπνοδόχο μαύρου καπνιστή στα τρία χιλιάδες μέτρα στον απομακρυσμένο Νότιο Ατλαντικό», είπε ο  German. «Μετά από δέκα λεπτά, η ABE έκανε όπισθεν με τον τρόπο που είχε φτάσει για να αποσπαστεί, πέρασε δέκα μέτρα αριστερά και συνέχισε το πρόγραμμα».

Ο  German πιστώνει επίσης τις εξελίξεις στην τεχνολογία αισθητήρων ως μια σημαντική περιοχή για την έρευνα αερισμού. Ειδικότερα, οι  αισθητήρες in situ  που μπορούν να βρουν υδροθερμικά λοφία ήταν το κλειδί για τη διερεύνηση νέων τοποθεσιών από τη δεκαετία του 1980, όταν οι ωκεανογράφοι άρχισαν να χρησιμοποιούν αισθητήρες οπτικής διαύγειας για να αναζητήσουν θολά, γεμάτα ορυκτά λοφία που εκτοξεύονταν από αεραγωγούς μαύρου καπνιστή. Πιο πρόσφατα, οι επιστήμονες έχουν επίσης προηγμένη τεχνολογία για χημικούς αισθητήρες που μπορούν να ανιχνεύσουν χημικά σήματα σε υδροθερμικά νέφη.

«Αυτοί οι αισθητήρες προσφέρουν έναν πολύ καλό τρόπο για να αναζητήσετε υποβρύχια υγρά που μόλις πρόσφατα εισήλθαν στον ωκεανό και δεν είχαν ακόμη την ευκαιρία να αντιδράσουν πλήρως με το θαλασσινό νερό», είπε ο German «και αυτό μας λέει πότε πλησιάζουμε σε μια πηγή. Η κύρια πρόκληση για το μέλλον θα είναι η παροχή αρκετής ισχύος για τους αισθητήρες, ώστε να μπορούν να παρέχουν αξιόπιστα και σταθερά σύνολα δεδομένων για μεγάλες περιόδους στα βαθιά ωκεάνια, καθώς αναπτύσσουμε ρομπότ επόμενης γενιάς που μπορούν να εξερευνούν για μέρες και εβδομάδες. πάνω από εκατοντάδες χιλιόμετρα».

Όσον αφορά τους επιστήμονες και την τεχνολογία, φυσικά, υπάρχει πάντα μια λίστα επιθυμιών. Ο German έχει στραμμένο το βλέμμα του σε έναν αισθητήρα που μπορεί ταυτόχρονα να μετρήσει μια ποικιλία βασικών στοιχείων «ιχνηθέτη» σε ένα υδροθερμικό λοφίο σε πραγματικό χρόνο. Με αυτόν τον τρόπο, αυτός και άλλοι επιστήμονες θα μπορούσαν να γνωρίζουν ποιους τύπους ρευστών θαλάσσιου πυθμένα να περιμένουν σε μια τοποθεσία προτού ένα υποβρύχιο κατευθυνθεί προς τον πυθμένα της θάλασσας για να διερευνήσει λεπτομερώς.

Γεμάτα ζωή

Από τις πρώτες εντυπωσιακές ματιές στα τέλη της δεκαετίας του 1970 , ξέραμε ότι οι αεραγωγοί -φρεάτια είναι γεμάτοι από περίεργη ζωή: αχιβάδες, σκουλήκια βαθέων υδάτων, καβούρια Yeti και γαρίδες με πρωτόγονα «μάτια» που ανιχνεύουν την ακτινοβολία μαύρου σώματος που εκπέμπεται από την καυτή αντικείμενα (όπως αεραγωγοί). Οι γαρίδες , καθώς και άλλα ζώα εξαερισμού, ζουν σε μια πολύπλοκη συμβίωση με τα βακτήρια . Παρά την απουσία ηλιακού φωτός, όλα τα βασικά συστατικά υπάρχουν: θερμότητα από τη Γη, υγρά αεραγωγών πλούσια σε μεταλλικά στοιχεία και ένα τεράστιο σύμπαν μικροβίων που χρησιμοποιούν χημικές ουσίες που παράγονται από αυτά τα ηφαιστειακά συστήματα - όπως υδρόθειο, υδρογόνο, ακόμα και φυσικά αέριο — ως πηγές ενέργειας.

Αλλά με ποιους ρυθμούς χρησιμοποιούν αυτοί οι μικροοργανισμοί τις χημικές ουσίες; Πόσο άνθρακα παράγουν και πόσο γρήγορα αναπτύσσονται; Και τι ρόλο παίζουν στην υποστήριξη της βαθιάς θάλασσας και όχι μόνο; Αυτά, σύμφωνα με τον βιολόγο του WHOI Stefan Sievert, είναι θεμελιώδη ερωτήματα που απασχολούν τους επιστήμονες από τότε που ανακαλύφθηκαν και διερευνήθηκαν για πρώτη φορά οι αεραγωγοί από επιστήμονες του WHOI όπως οι Holger Jannasch , Carl Wirsen και Craig Taylor , μεταξύ άλλων.

«Υπήρχε πάντα μεγάλη ανάγκη να τοποθετηθούν τα υδροθερμικά συστήματα σε ένα περισσότερο μετρήσιμο βιογεωχημικό πλαίσιο για τον υπόλοιπο ωκεανό», είπε. «Γνωρίζουμε ότι η ανάμειξη του υδροθερμικού ρευστού με το θαλασσινό νερό οδηγεί τη χημειοσύνθεση και ότι φαίνεται να υπάρχει υψηλή δραστηριότητα σε θέσεις εξαερισμού και βιολογικές διεργασίες που συμβαίνουν ταχύτερα από ό,τι στο υπόλοιπο βαθύ ωκεανό. Αλλά δεν μπορέσαμε πραγματικά να ποσοτικοποιήσουμε πόσο γρήγορα τα μικρόβια οξειδώνουν τις χημικές ουσίες και αναπτύσσονται και πόση βιομάζα –ιδιαίτερα άνθρακας, το δομικό στοιχείο της ζωής– παράγουν».

Ο Sievert επισημαίνει ότι το μεγαλύτερο μέρος της τρέχουσας κατανόησής μας για την παραγωγικότητα του οικοσυστήματος εξαερισμού βασίζεται σε θεωρητικές εκτιμήσεις και εργαστηριακά πειράματα - όχι σε άμεσες παρατηρήσεις στις πραγματικές τοποθεσίες εξαερισμού. Αυτό σημαίνει ότι η πίεση, οι θερμοκρασίες και οι χημικές συγκεντρώσεις στις οποίες εκτίθενται τα μικρόβια στο εργαστήριο μπορεί να μην αντιστοιχούν καλά με αυτό που βιώνουν μερικές χιλιάδες μέτρα κάτω.

Για να γεφυρώσουν αυτό το χάσμα γνώσης, ο Jesse McNichol, ένας πρώην μεταπτυχιακός φοιτητής στο εργαστήριο του Sievert, και άλλοι επιστήμονες στο WHOI και αλλού, πραγματοποίησαν πειράματα επώασης σε κρουαζιέρες στις οποίες συνέλεξαν μικρόβια εξαερισμού βαθιάς θάλασσας σε δειγματολήπτες νερού που διατηρούν την πίεση του πυθμένα της θάλασσας. τα σημεία εξαερισμού. Στη συνέχεια, οι επιστήμονες αναλύουν τα δείγματα για να μετρήσουν τους ρυθμούς και τις δραστηριότητες των μικροβίων.

Η έρευνα σημειώνει πρόοδο, χάρη στα ισχυρά νέα αναλυτικά εργαλεία που μπορούν, για παράδειγμα, να αντιστοιχίσουν την ταυτότητα ενός μικροβίου με τη βιοχημική του δραστηριότητα μέχρι το επίπεδο ενός μεμονωμένου κυττάρου. Ένα όργανο που αναπτύχθηκε πρόσφατα, γνωστό ως Vent-SID, για Vent Submersible Incubation Device , επιτρέπει στους επιστήμονες να επωάζουν μικρόβια και να μετρούν τους ρυθμούς ανάπτυξής τους ακόμη και στον πυθμένα της θάλασσας.

«Αυτό που βρήκαμε είναι ότι αυτά τα μικρόβια είναι πραγματικά ενεργά και αναπτύσσονται αρκετά γρήγορα », είπε ο Sievert. «Στην πραγματικότητα, με βάση τα πειράματά μας στο πλοίο, ορισμένοι μπορούν να διπλασιάσουν τον αριθμό τους μέσα σε λίγες ώρες. Είναι τουλάχιστον τόσο γρήγορα όσο πολλά από τα μικρόβια που βρίσκουμε στην επιφάνεια του ωκεανού».

Ο Sievert προσθέτει ότι αυτές οι τεχνικές βοηθούν τους επιστήμονες να ρίξουν περισσότερο φως στις αλληλεπιδράσεις μεταξύ των οργανισμών στους τροφικούς ιστούς εξαερισμού. Τους βοηθούν επίσης να αξιολογήσουν τον ρόλο των αεραγωγών βαθέων υδάτων στην ανακύκλωση χημικών ουσιών όπως ο άνθρακας, το άζωτο και το θείο μεταξύ των πετρωμάτων, του ωκεανού και των ζωντανών όντων. Πόσος άνθρακας, για παράδειγμα, ανακυκλώνεται μέσα στον τροφικό ιστό σε αεραγωγούς βαθιάς θάλασσας έναντι εξαγωγής στον περιβάλλοντα βαθύ ωκεανό;

Κολυμβητές εξ' αποστάσεως

Καθώς ο Sievert και άλλοι προωθούν την κατανόησή μας για τη βιολογική παραγωγικότητα, άλλοι επιστήμονες ψάχνουν βαθιά για απαντήσεις σε ένα άλλο θεμελιώδες ερώτημα: Πώς επιβιώνουν οι κοινότητες στις βίαιες και ακραίες συνθήκες αυτών των ηφαιστειακά ενεργών υποκόσμων; Δεδομένου του μεγέθους των σωματιδίων της σκόνης και των τόσο κολυμβητικών δεξιοτήτων των διασκορπισμένων, πλαγκτονικών προνυμφών τους, είναι μια δίκαιη ερώτηση.

Και δύσκολο, είπε η βιολόγος του WHOI Lauren Mullineaux, η οποία έχει ερευνήσει τη φαινομενικά αδύνατη ανθεκτικότητα των αποικιών που ζουν γύρω από τις οπές.

«Μία από τις πρώτες ερωτήσεις που έκαναν οι άνθρωποι όταν ανακαλύφθηκαν για πρώτη φορά οι αεραγωγοί ήταν πώς αυτές οι κοινότητες θα μπορούσαν να επιμείνουν, δεδομένου ότι τα ενδιαιτήματά τους ήταν πάνω από ενεργά ηφαίστεια», είπε. «Όταν εκρήγνυται ένας αεραγωγός, μπορεί να καταστρέψει τους πληθυσμούς που ζουν γύρω του».

Το 2002, επιστήμονες επέστρεψαν στα Γκαλαπάγκος για να εξερευνήσουν μια από τις πρώτες κοινότητες εξαερισμού που βρέθηκαν ποτέ. Ονομάστηκε Rose Garden λόγω του πολλαπλασιασμού των σωληνοσκώληκων με κόκκινη άκρη που έμοιαζαν με τριαντάφυλλα. Δεν το βρήκαν ποτέ ξανά. Ο πυθμένας της θάλασσας είναι δυναμικός και μια έκρηξη τον είχε στρώσει κάποια στιγμή στα επόμενα 25 χρόνια.

Οι επιστήμονες υπέθεσαν ότι ο μόνος τρόπος για να επανεγκατασταθεί ο πληθυσμός ήταν μέσω της διασποράς των προνυμφών από άλλα μέρη, είπε ο Mullineaux. Αλλά φαινόταν απίθανο, καθώς οι αποστάσεις μεταξύ των γειτονικών αεραγωγών αρχικά θεωρούνταν μεγάλες. Και, εκείνη την εποχή, δεν φαινόταν ότι οι προνύμφες ήταν προσαρμοσμένες να μεταναστεύουν εκατοντάδες χιλιόμετρα μέσω του ωκεανού.

Καθώς όμως βρέθηκαν περισσότερες θέσεις εξαερισμού τις επόμενες δεκαετίες, κατέστη σαφές ότι οι αεραγωγοί δεν ήταν πάντα τόσο μακριά ο ένας από τον άλλον όσο αρχικά πιστευόταν. Υπήρχαν συστάδες τοποθεσιών εξαερισμού με μόλις μερικές δεκάδες χιλιόμετρα ενδιάμεσα. Έτσι, η ιδέα της διασποράς άρχισε να αποκτά περισσότερο νόημα.

Παραδόξως, ωστόσο, αποδείχθηκε ότι οι προνύμφες εξαερισμού δεν χρειάζονταν ιδιαίτερα σύντομες μετακινήσεις από το ένα σημείο εξαερισμού στο άλλο: Αυτοί οι μικροί κολυμβητές μπορούσαν να διανύσουν την απόσταση.

«Μία από τις μεγάλες ανακαλύψεις στην έρευνά μας είναι η αναγνώριση ότι οι προνύμφες μπορούν να αποικιστούν από απόσταση έως και 350 χιλιομέτρων », δήλωσε ο Mullineaux. «Το 2006, εκρήξεις στο East Pacific Rise εξαφάνισαν μια κοινότητα εξαερισμού που είχε μελετηθεί καλά. Αφού παρακολουθήσαμε την τοποθεσία μετά τις εκρήξεις, βρήκαμε ένα νέο είδος να αποικίζεται εκεί που είχε προέλθει από έναν πληθυσμό από αρκετές εκατοντάδες χιλιόμετρα μακριά».

Οι προνύμφες, εξήγησε ο Mullineaux, μεταφέρθηκαν από ωκεάνια ρεύματα, τα οποία διαδραματίζουν βασικό ρόλο στη μεταφορά των προνυμφών μεταξύ των τοποθεσιών εξαερισμού - εν μέρει λόγω του τρόπου με τον οποίο τα ρεύματα βαθέων υδάτων διασυνδέονται με την τοπογραφία της κορυφογραμμής του πυθμένα της θάλασσας. Τα ρεύματα σχηματίζουν πίδακες που κατευθύνονται κατά μήκος των πλευρών της «ορεινής οροσειράς» της μεσοωκεάνιας κορυφογραμμής και, ως εκ τούτου, έχουν τη δυνατότητα να διοχετεύουν τις προνύμφες οριζόντια κατά μήκος της κορυφογραμμής απευθείας σε γειτονικές οπές.

Σε ορισμένες περιπτώσεις, οι επιφανειακοί άνεμοι, επίσης, μπορούν να παίξουν ρόλο στη διασπορά των προνυμφών βαθέων υδάτων. Η Diane Adams, πρώην φοιτήτρια του κοινού προγράμματος MIT-WHOI που πέθανε τραγικά λίγο πριν από τη συνάντηση CBE6, ανακάλυψε μια ισχυρή συσχέτιση μεταξύ των δίνων που δημιουργούνται από τους επιφανειακούς ανέμους και της μεταφοράς προνυμφών σε βαθιά νερά.

«Η Νταϊάν ήταν ατρόμητη και αποφασισμένη στην έρευνά της», είπε ο Μουλινό. «Συνδύασε παρατηρήσεις βαθέων υδάτων, αριθμητικά μοντέλα και δορυφορική τηλεπισκόπηση με τρόπο που απέδειξε έναν εντελώς νέο μηχανισμό για τη διασπορά ειδών αεραγωγών βαθέων υδάτων».

Ενώ η κατανόησή μας για το παζλ διασποράς προνυμφών έχει διευρυνθεί, το μεγαλύτερο μέρος της έρευνας για αυτό το θέμα, μέχρι σήμερα, έχει περιοριστεί σε αεραγωγούς του ανατολικού Ειρηνικού. Δεν έχει γίνει το ίδιο είδος λεπτομερούς εργασίας για τη μεταφορά προνυμφών στον δυτικό Ειρηνικό, όπου οι πληθυσμοί εξαερισμού αντιμετωπίζουν νέα είδη διαταραχών που δεν έχουν μικρή σχέση με τις ηφαιστειακές εκρήξεις.

«Τα συστήματα εξαερισμού στο δυτικό Ειρηνικό είναι αυτά που είναι πιθανό να εξορυχθούν για ορυκτά στο μέλλον», δήλωσε ο Mullineaux. «Οι άνθρωποι τείνουν να χρησιμοποιούν τα αποτελέσματά μας από μέρη όπως το East Pacific Rise και το Juan de Fuca Ridge στα ανοιχτά του Βορειοδυτικού Ειρηνικού των ΗΠΑ ως παραδείγματα πληθυσμών εξαερισμού που είναι αρκετά ανθεκτικοί σε διαταραχές. Ο κίνδυνος είναι ότι θα το επεκτείνουν και θα καταλήξουν στο συμπέρασμα ότι οι πληθυσμοί στον δυτικό Ειρηνικό είναι επίσης ανθεκτικοί και ότι είναι εντάξει να εξορύσσονται εκεί αεραγωγοί. Αυτό μπορεί να μην ισχύει, επομένως πρέπει να ξεπεράσουμε την εστίαση που είχαμε σε αεραγωγούς που είναι εύκολο να φτάσουμε και να εξερευνήσουμε νέα επικράτεια».

Ο ανθρώπινος φακός 

Κανείς δεν ζει στα βαθιά του ωκεανού. Δεν φτιάχνουμε κατσαρόλες με θαλασσινά από τις γαρίδες χωρίς μάτια που κρέμονται στους χώρους εξαερισμού. Και δεν υπάρχουν παραλίες εκεί κάτω. Γιατί λοιπόν ξοδέψαμε χρόνο και χρήμα για τη μελέτη των υδροθερμικών αεραγωγών τις τελευταίες δεκαετίες; Συμβάλλουν οι αεραγωγοί στην ευημερία μας ως άνθρωποι;

Αυτά είναι ερωτήματα στα οποία η ανώτερη ειδικός στην έρευνα της ΠΟΥ, Stace Beaulieu, έριξε μια προσεκτική ματιά από το 2015, όταν άρχισε να ερευνά την οικονομική και κοινωνική αξία των οικοσυστημάτων βαθέων υδάτων. Είναι ένας από τους λίγους επιστήμονες που εφαρμόζουν έναν «ανθρώπινο φακό» στην έρευνα βαθέων υδάτων και πιστεύει ότι τα υδροθερμικά συστήματα αερισμού συμβάλλουν στην κοινωνία με διάφορους τρόπους.

«Η δουλειά μου περιλαμβάνει την εξέταση των υπηρεσιών οικοσυστήματος που παρέχει η βαθιά θάλασσα και την αξία που αντλούμε εμείς ως άνθρωποι από αυτό», είπε ο Beaulieu. «Ίσως η πιο σημαντική συμβολή των αεραγωγών σε αυτό το θέμα είναι στην έρευνα και την εκπαίδευση. Μάθαμε τόσα πολλά για τη ζωή στη Γη μελετώντας τους αεραγωγούς και πώς λειτουργεί η ζωή σε αυτούς τους μοναδικούς βιότοπους».

Όχι μόνο η έρευνα επεκτείνει όσα γνωρίζουμε για τον κόσμο μας σήμερα, αλλά παρέχει επίσης πιθανές ενδείξεις για την προέλευση της ζωής στη Γη.

«Υπάρχει καλή υποστήριξη για την υπόθεση ότι η ζωή ξεκίνησε από υδροθερμικές οπές και μια σειρά από μελέτες υποδηλώνουν ότι ορισμένοι μικροοργανισμοί που βρέθηκαν σε αεραγωγούς ανάγονται στην αρχαία γενεαλογία», δήλωσε η Mary Voytek, διευθύντρια του προγράμματος αστροβιολογίας της NASA και ένας από τους συμμετέχοντες στο Morss. συνέδριο.

Οι επιστήμονες του Morss Colloquium έσπευσαν επίσης να επισημάνουν ότι η ανακάλυψη της χημειοσυνθετικής ζωής κάτω από ακραίες συνθήκες στη Γη άνοιξε ένα εντελώς νέο παράθυρο στην πιθανότητα ζωής σε άλλα πλανητικά σώματα και τώρα καθοδηγεί την αναζήτησή μας για εξωγήινη ζωή. Τώρα γνωρίζουμε επίσης ότι η χημειοσύνθεση παίζει σημαντικό ρόλο σε πολλά άλλα οικοσυστήματα εκτός από τις οπές βαθέων υδάτων - για παράδειγμα σε αλμυρά έλη.

Υπάρχουν επίσης ορισμένα απτά οφέλη που μπορούν να αποκομίσουν οι άνθρωποι από τη βαθιά θάλασσα, είπε. Οι υδροθερμικοί αεραγωγοί μπορεί να προσφέρουν πολύτιμους θαλάσσιους γενετικούς πόρους στο μέλλον, συμπεριλαμβανομένων των ενζύμων που βρίσκονται σε οργανισμούς εξαερισμού, οι οποίοι έχουν ασυνήθιστες και δυνητικά χρήσιμες δυνατότητες που δημιουργούνται από τα ακραία περιβάλλοντά τους.

«Η αναζήτηση βιολογικών ενώσεων σε οργανισμούς που ζουν σε υψηλές πιέσεις και θερμοκρασίες μπορεί να οδηγήσει σε σημαντικές βιομηχανικές εφαρμογές», είπε.

Πρέπει ή όχι να εξορύξουμε τον πυθμένα της θάλασσας;

Τα κοιτάσματα ορυκτών στον πυθμένα της θάλασσας μπορεί επίσης να προσφέρουν απτά οφέλη. Θα μπορούσαν να είναι μια απάντηση στις αυξανόμενες ελλείψεις μετάλλων και μεταλλευμάτων και να ενισχύσουν την ποιότητα ζωής για όσους βρίσκονται στις αναπτυσσόμενες χώρες.

Αλλά το ερώτημα εάν θα πρέπει ή όχι να εξορύξουμε τον πυθμένα της θάλασσας εξαρτάται από την κατανόηση των συνεπειών, είπε ο Beaulieu. Ενώ τα αναξιοποίητα ορυκτά στα βαθιά θαλάσσια άλατα θα μπορούσαν να προσφέρουν αξία στους ανθρώπους, πρέπει να κατανοήσουμε το κόστος της εξόρυξής τους. 

Θα μπορούσε η εξόρυξη να γίνει με τρόπο που να μετριάσει τις ζημιές στα θαλάσσια οικοσυστήματα; Ποια είναι η μηχανική σκοπιμότητα; Και μπορούν να εφαρμοστούν νομικά όρια για να διασφαλιστεί η πρόσβαση στους πόρους με υπεύθυνο και δίκαιο τρόπο;

«Υπάρχουν ακόμη πολλά αναπάντητα ερωτήματα», είπε.

Η Beaulieu εξετάζει επίσης την πιο ήπια πλευρά των υπηρεσιών οικοσυστήματος που σχετίζονται με την εξαέρωση, την οποία αναφέρει ως αξία ύπαρξης. Η υπόθεση είναι ότι υπάρχει αξία σε αυτά τα οικοσυστήματα μόνο λόγω της ύπαρξής τους και της κοινής μας Γης μαζί τους.

«Οι περισσότεροι άνθρωποι δεν πρόκειται ποτέ να πάνε κάτω σε μια τοποθεσία εξαερισμού σε ένα βυθισμένο ή να βιώσουν σωματικά ένα από αυτά τα οικοσυστήματα», είπε, «αλλά μπορούν να εκτιμήσουν την ύπαρξή του με τον ίδιο τρόπο που εκτιμούν την ύπαρξη άλλων ειδών στη Γη και τη διαχείριση και τη διατήρηση αυτών των ειδών».

Γεωδίφης με πληροφορίες από τη σελίδα whoi.edu

https://www.whoi.edu/oceanus/feature/the-discovery-of-hydrothermal-vents/