قرب منتصف ليل 26 مارس 1961، غمرت المياه المظلمة هيكل بارجة بحرية تم تحويلها وهي تهتز بقلق في المحيط الهادئ. كانت السفينة قد وصلت للتو إلى هذا المكان، على بعد حوالي 240 كيلومترًا قبالة شبه جزيرة باجا، بعد ثلاثة أيام من القتال في البحار القاسية لدرجة أن الطاقم قام بربط المعدات على سطح السفينة بسلاسل ثقيلة، "مثل فيل مارق"، كما قال الروائي جون شتاينبك، الذي كان على متن السفينة كتب لاحقًا لـ الحياة مجلة.

وبالعودة إلى الشاطئ، انتشرت شائعات حول أهداف الطاقم. وتكهن البعض أنهم كانوا يبحثون عن الماس أو الكنز الغارق. واشتبه آخرون في أنهم كانوا يبحثون عن مكان لتخزين صاروخ في قاع البحر. لكن أهداف الفريق كانت أسمى حتى من أعنف الإشاعات. كانت الخطة - التي تم إعدادها خلال وجبة إفطار مليئة بالكحول في منزل الجيولوجي والتر مونك في لا جولا - هي حفر حفرة عميقة جدًا بحيث يمكن أن تخترق قشرة الأرض وتصل إلى عباءة الكوكب، وهي طبقة صخرية ساخنة تقع بين قشرة الأرض وطبقة الأرض. جوهرها.

والآن، بعد مرور أكثر من 62 عامًا على الجهد المعروف باسم مشروع موهول، لا يزال يتعين على العلماء أن يحفروا بنجاح خلال جزء سليم من قشرة الأرض. لكن في الربيع الماضي، قام فريق على متن سفينة الحفر التي يبلغ عمرها عقودًا من الزمن JOIDES القرار أنجزوا الشيء التالي الأفضل: لقد استعادوا مجموعة من صخور الوشاح من منطقة في قاع البحر الأطلسي حيث تكون القشرة رقيقة بشكل خاص. يقع الموقع على قمة جبل تحت الماء يعرف باسم أتلانتس ماسيف، حيث أدت التحولات البطيئة للصفائح التكتونية إلى دفع كتل من صخور الوشاح إلى السطح.

في حين أن الوشاح يشكل الجزء الأكبر من كوكبنا، إلا أن صخوره عادة ما تكون مدفونة على بعد كيلومترات تحت السطح، مما يجعل من الصعب استرجاع عينات جديدة. لكن صخور الوشاح مثل تلك التي تم التنقيب عنها في الربيع الماضي يمكن أن تقدم أدلة على العمل العميق للأرض وتساعد الباحثين على فهم أفضل للرقص التكتوني الذي يعد أساسيًا لعالمنا.

قد تحمل الصخور المجمعة حديثًا أيضًا أدلة على سمة أخرى مميزة لكوكبنا، وهي الحياة.

عندما تلتقي مياه البحر بصخور الوشاح، تولد سلسلة من التفاعلات الكيميائية مزيجًا يمكنه تكوين المركبات العضوية اللازمة لإشعال شرارات الحياة الأولى. لقد وجد العلماء بالفعل دلائل على وجود جزيئات عضوية صغيرة تم إنشاؤها دون مساعدة ميكروبية في نظام الفتحات الحرارية المائية في المدينة المفقودة، وهي مدينة جيولوجية مترامية الأطراف تقع فوق كتلة أتلانتس الصخرية. لقد تكهن بعض العلماء منذ فترة طويلة بأن مثل هذه البيئات يمكن أن تكون قد احتضنت أقدم أشكال الحياة على كوكبنا. والآن، وصلت الحفرة التي حفرها الفريق مؤخرًا، والتي حفرت أكثر من كيلومتر تحت قاع البحر، إلى ما يبدو أنه القلب النابض لهذا النظام الحراري المائي.

وقال: "هذا يفتح أمامنا عالماً من الإمكانيات". سوزان لانج، عالم الكيمياء الجيولوجية الحيوية في معهد وودز هول لعلوم المحيطات والذي شارك في قيادة البعثة.

بالفعل، هناك تلميحات إلى أن تركيزات عالية من غاز الهيدروجين في مياه الآبار قد تكون متاحة لتشغيل التخليق العضوي. يعد هذا المختبر الطبيعي بمساعدة الفريق على كشف أصل الحساء الواهب للحياة الذي يتدفق عبر أبراج المدينة المفقودة، مما يسمح لهم بدراسة الكيمياء العضوية لعالم خالٍ من الكائنات الحية - كيمياء الحياة قبل وجود الحياة، أو عندما كانت الحياة موجودة. نادرة للغاية. قد توفر الميكروبات القليلة التي نجت من الظروف القاسية تحت السطح أيضًا أدلة حول كيفية عيش الكائنات الأولى، مما يساعد العلماء في نهاية المطاف على فك رموز الخطوات المحورية التي حولت المركبات الكيميائية إلى مخلوقات.

بناء المدينة المفقودة

لا تزال لانغ تتذكر ذلك اليوم، قبل حوالي عقدين من الزمن، عندما عُرض عليها مكان على متن السفينة لإجراء أول دراسة تفصيلية لفتحات المدينة المفقودة. غمرت دموع الإثارة عينيها. قال لانغ، الذي كان طالب دراسات عليا في جامعة واشنطن في ذلك الوقت: “لقد أجبت بنعم دون مراجعة أي شخص”.

عكست حماستها الطبيعة الثورية للمدينة المفقودة، التي رصد العلماء لأول مرة أعمدةها المتلألئة والشفافة من الماء الساخن على متن سفينة الأبحاث. اتلانتيس في عام 2000. في ذلك الوقت، كانت جميع أنظمة الفتحات الحرارية المائية المعروفة الأخرى مظلمة، حيث كانت المداخن سوداء بسبب الكبريتيدات البركانية التي تضخ أعمدة كثيفة من الدخان من السوائل الحارقة في المحيط. لكن أبراج المدينة المفقودة كانت بيضاء كالشبح.

وكما علم العلماء سريعًا، فإن اللون الفاتح ينبع من التفاعلات بين مياه البحر والصخور الموجودة داخل كتلة أتلانتس الصخرية. هذا الجبل المغمور أطول قليلاً من جبل رينييه، ويتكون إلى حد كبير من البريدوتيت، وهو نوع من الصخور التي تهيمن على الوشاح العلوي. تشكل الجبل من التحولات الهادئة في سلسلة التلال الوسطى الأطلسية القريبة، حيث تتفكك الصفائح التكتونية لأمريكا الشمالية وأفريقيا ببطء. هذه الحركة جردت القشرة العلوية من القمة الصاعدة، كاشفًا مساحات من قلب البريدوتيت.

عادة ما يبقى البريدوتيت تحت أميال من القشرة. وهي غير مستقرة بالقرب من سطح الأرض، حيث يمكن أن تتسلل مياه البحر إلى الشقوق داخل الصخور. عندما يحدث ذلك، يتفاعل معدن يسمى الزبرجد الزيتوني الذي يهيمن على البريدوتيت بسهولة مع جزيئات الماء، مما يؤدي إلى سلسلة من الخطوات الكيميائية تسمى السربنتينية. هذه العملية تجعل المياه قلوية للغاية، لذلك عندما تختلط السوائل من الشق بمياه البحر العذبة، تترسب المعادن الباهتة وتبني أبراج المدينة المفقودة المذهلة، والتي يبلغ ارتفاعها ارتفاع برج. 20 طوابق.

لكن هناك منتج ثانوي آخر لعملية السربنتينة، وهو الهيدروجين، وقد جذب لانغ وعلماء آخرين إلى الموقع لعقود من الزمن. وفي ظل الظروف المناسبة، يمكن لغاز الهيدروجين أن يغذي تفاعلات كيميائية بسيطة، مثل تحويل ثاني أكسيد الكربون والماء إلى مركبات عضوية صغيرة، دون مساعدة ميكروبية (أو بشكل غير حيوي). يمكن أن تؤدي التفاعلات المستمرة إلى إنشاء جزيئات عضوية أكبر وأكثر تعقيدًا، وربما صناعتها فقط المزيج الصحيح من المكونات — السكريات والدهون والأحماض الأمينية — لطهي أقدم أشكال الحياة. بالإضافة إلى ذلك، ربما يكون الهيدروجين والمواد العضوية الصغيرة قد وفرت الغذاء لسكان الأرض الأوائل. قال لانغ: "الهيدروجين هو بمثابة مفتاح كل شيء".

من المحتمل أن يكون هذا الغاز أكثر شيوعًا على الأرض المبكرة، عندما اختلف التركيب المعدني للسطح عما هو عليه اليوم، مما جعل تفاعلات السربنتينية أكثر شيوعًا.

في أتلانتس ماسيف، تريد لانج وزملاؤها معرفة المركبات العضوية التي يمكن أن تتشكل دون مساعدة ميكروبية، وأي الميكروبات قد تعيش في هذا البوفيه غير العادي تحت الأرض. يمكن أن تقدم النتائج أدلة حول كيفية عيش أقدم أشكال الحياة، بالإضافة إلى الكيمياء التي سبقت تلك الميكروبات القديمة.

لكن الحياة اليوم تكثر على سطح الأرض، سواء فوق الماء أو تحته، مما يجعل من الصعب تحديد المركبات التي تم تصنيعها دون مساعدة علم الأحياء. هذا صحيح بشكل خاص في Lost City. قال: "يمكنك فقط رؤية الأغشية الحيوية المخاطية تنمو في جميع أنحاء تلك المداخن". ويليام برازيلتون، عالم الأحياء الدقيقة في جامعة يوتا و أ جويدس أعضاء الفريق.

لذا، وضع الباحثون أنظارهم على العوالم الموجودة أسفل قاع البحر، حيث تكون الميكروبات متناثرة والأكسجين نادرًا، مما يخلق ظروفًا مشابهة لتلك التي كانت موجودة على الأرض في وقت مبكر. وكما قال برازلتون: "نحن بحاجة إلى التعمق أكثر".

العثور على مختبر طبيعي

وقال إنه في ستينيات القرن الماضي، كان مشروع موهول بمثابة بداية الجهود الرامية إلى الوصول إلى الأعماق غير المستكشفة لكوكبنا خلال فترة "العلم البطولي"، كما قال. ديمون تيجل، عالم كيمياء جيولوجية في جامعة ساوثامبتون وخبير في العديد من البعثات العلمية للحفر في المحيطات.

كان الاسم تلاعبًا بانقطاع موهوروفيتشيتش، أو موهو، الذي يحدد الحدود بين القشرة والوشاح. تحت القارات، يمكن العثور على نهر الموهو على عمق يزيد عن 30 كيلومترًا؛ تحت قاع البحر أقرب إلى 7 كيلومترات. ولهذا السبب، عادةً ما تختار الفرق التي تستهدف الوشاح الحفر من السفن.

مشروع موهول لم يقترب حتى من هدفه، فقط مملة من خلال 179 مترًا من الرواسب و4 أمتار فقط من صخور قاع البحر. ومع ذلك، فقد كشف هذا الجهد عن ثروة من المعلومات حول كوكبنا، بما في ذلك حقيقة أن الرواسب المختبئة تحت قاع البحر كانت عبارة عن صخور بركانية حديثة نسبيًا، وهو اكتشاف سيكون بمثابة دليل رئيسي في قضية تكتونية الصفائح. كما أنها أنتجت تقنيات تطورت إلى أنظمة لا يزال العلماء يستخدمونها، بما في ذلك بعضها الموجود على متن المركبة الفضائية JOIDES القرار في الربيع الماضي.

ومع ذلك، حتى اليوم، لا يزال الحفر في أعماق المحيطات يمثل تحديًا هائلًا. لسبب واحد، يؤدي الحفر في الصخور الصلبة إلى تآكل لقم الحفر بسرعة، مما يفرض تغييرات منتظمة على لقمة الحفر والحاجة إلى إعادة الدخول إلى نفس البئر الصغير من سفينة يتمايل فوق مئات أو آلاف الأمتار من الماء، وهو ما يشبه إسقاط إبرة في ثقب صغير. ومما زاد الطين بلة أن رحلة الربيع الماضي كانت بداية مشؤومة. بينما كان الفريق يحفر أول ثقب تجريبي، تعطلت لقمة الحفر الخاصة بهم، ولمنع السفينة من الرسو إلى الأبد في أتلانتس ماسيف، قطع الطاقم الاتصال بانفجار الديناميت. ثم انكسر جزء من النظام الذي سمح للحفر بالدخول مرة أخرى إلى البئر عدة مرات.

ومع قليل من الإبداع، تمكنوا أخيرًا من الحفر في موقع يُعرف الآن باسم U1601C، والذي يقع تحت ما يقرب من 850 مترًا من الماء. وذلك عندما تغير حظهم.

في معظم بعثات الحفر في قاع البحر، يكون التقدم بطيئًا، حيث يتم نقل النوى الصخرية إلى سطح السفينة كل ثلاث ساعات أو نحو ذلك. ولكن بمجرد جويدس بدأ الفريق في التحرك، وكانوا يقومون برفع النوى الجديدة على متن السفينة كل ساعة تقريبًا. لم يتمكن العلماء الذين يعالجون النوى من مواكبة ذلك، وقبل أن يعرفوا ذلك، ضربت لقمة الحفر صخور الوشاح.

قبل هذه الرحلة الاستكشافية، كان أبعد ما قام أي شخص بالحفر فيه على الإطلاق في صخور الوشاح المتغيرة متر 200. لكن جويدس قطع الفريق تلك المسافة في بضعة أيام فقط، وفي نهاية المطاف كانت مملة متر 1,267.8 من البريدوتيت في الغالب. وقال تيجل، الذي لم يكن جزءاً من المشروع الأخير: "لقد كان الأمر رائعاً".

بالنسبة إلى لانغ، كانت إحدى أكبر المفاجآت مخبأة في أعماق البئر. وبعد إزالة النواة الأخيرة، قام الطاقم بغسل الحفرة الفارغة بالمياه النظيفة وترك السوائل الطبيعية والغازات تتسلل مرة أخرى خلال أكثر من 72 ساعة. ثم قاموا بجمع مياه البئر على أعماق مختلفة وتقسيمها لأكثر من اثني عشر اختبارًا كيميائيًا، بما في ذلك تحليل غاز الهيدروجين.

على الأكثر، توقع لانغ العثور على كميات ضئيلة من الهيدروجين تحت الأرض حتى الآن. لكن أعمق عينة مياه كانت تحتوي على كمية كبيرة من الغاز، بحيث تشكلت فقاعات في الأنبوب عند ظهورها على السطح، وهي ظاهرة مشابهة لما يحدث عند فتح علبة صودا طازجة.

قالت لانغ، متذكرة رد فعلها ورد فعل برازيلتون: "كنا مثل حماقة مقدسة". "كان هناك الكثير من الشتائم."

والمياه مليئة بالهيدروجين، وهو الوقود اللازم لتشغيل التفاعلات اللاأحيائية.

اللبنات الأساسية لبنات البناء

وبعد مرور أكثر من ستة أشهر على الرحلة الاستكشافية، لا يزال الفريق يعالج العدد الهائل من العينات، ويدرس كيمياء المياه، ويحدد الميكروبات، ويميز الصخور، وغير ذلك الكثير. قال: "سيقوم الناس بإجراء حساء أبجدي كامل من التحليلات الأولية على هذه الصخور". أندرو ماكيج، عالم جيولوجي في جامعة ليدز والذي شارك في قيادة البعثة.

تشير النماذج الأولية إلى أن درجات الحرارة بالقرب من قاع البئر قد تصل إلى 122 درجة مئوية، وهو الحد المعروف حاليًا للحياة (على الرغم من أن بعض الدراسات تشير إلى أن الحد قد يكون أعلى). يحذر لانغ من أن النماذج تحتاج إلى تأكيد لأنها تعتمد على قياسات تم إجراؤها عندما تم قمع درجات حرارة البئر قليلاً بسبب المياه الباردة المنتشرة أثناء الحفر. ومع ذلك، إذا تم التأكد من أن الظروف متطرفة إلى هذا الحد، فإن العمق سيسمح للعلماء بدراسة التفاعلات الكيميائية التي تغذي الحياة دون التأثير المشوش للميكروبات.

وستكون هذه خطوة مهمة إلى الأمام بالنسبة للعلماء الذين يدرسون الأصول المائية للحياة. “على الأرض اليوم، من الصعب حقًا أن نشهد الكيمياء اللاأحيائية أو ما قبل الحيوية لأن الحياة هي المهيمنة؛ قال: "الحياة في كل مكان". لوري بارج، عالم الأحياء الفلكية في مختبر الدفع النفاث التابع لناسا والذي لم يكن جزءًا من البعثة.

وتشير التحليلات المبكرة أيضًا إلى وجود فورمات الحمض العضوي الصغير في مياه البئر. الفورمات هو أحد أبسط المركبات التي يمكن أن تتشكل بطريقة غير حيوية، من التفاعلات بين ثاني أكسيد الكربون والهيدروجين، وقد يمثل خطوة أولية نحو بصيص الحياة الأول على الأرض المبكرة.

وقال لانغ: "إنها المادة الخام لبناء اللبنات الأساسية". يمكن للتفاعلات اللاأحيائية المستمرة مع الفورمات أن تنتج مركبات عضوية أكبر مثل الأحماض الأمينية، والتي يمكن ربطها معًا لتكوين جزيئات ضرورية للحياة، مثل الإنزيمات والبروتينات الأخرى.

لكن الكثير من الصورة الكيميائية لا تزال غامضة في أتلانتس ماسيف. ربما تكونت الفورمات الموجودة في عمق البئر دون مساعدة ميكروبية، كما هو الحال في السطح السفلي الضحل المجاور، ولكن هناك حاجة إلى مزيد من الاختبارات للتأكد. يحتوي الماء أيضًا على الميثان، وهو مركب يعتقد بعض العلماء أنه كان حيويًا في عمليات التمثيل الغذائي المبكرة ويمكن توليده بطريقة غير حيوية من التفاعلات مع الهيدروجين. لكن كيفية تشكل الميثان في لوست سيتي هي لغز آخر، فهي "معقدة ومربكة"، كما قال برازيلتون.

وأوضح بارج أن تحديد التفاعلات اللاأحيائية في الطبيعة يمكن أن يفيد التجارب المعملية المستقبلية التي تختبر كيمياء ما قبل الحيوية، حيث يمكن للباحثين تعديل الظروف لمحاكاة الأرض المبكرة أو العوالم الأخرى بشكل أوثق. قالت: "المدينة المفقودة مكان مميز حقًا".

صيد الميكروبات

وحتى لو لم يكن البئر العميق خاليًا من الحياة، فإن الكمية غير المسبوقة تقريبًا من النوى الصخرية المستعادة ستساعد العلماء على ربط التحولات في كيمياء المياه وأنواع الصخور بالميكروبات القليلة التي قد تتمكن من العيش تحت الأرض. إن دراسة كيفية بقاء الميكروبات على قيد الحياة وسط الموارد الجوفية الشحيحة - ربما عن طريق تناول الهيدروجين وغيره من المركبات غير الحيوية - يمكن أن تساعد في تحسين صورتنا للحياة المبكرة.

يقوم برازيلتون على وجه الخصوص بالبحث عن الإنزيمات المحددة التي تستخدمها الميكروبات لتحويل الهيدروجين والمركبات العضوية الصغيرة إلى طاقة. وقال برازلتون: "الفكرة بأكملها هنا هي أن هناك كيمياء تحدث في الصخور، وفي مرحلة ما، تتحول تلك الكيمياء إلى حياة". قد تكون هذه الإنزيمات مجرد المفتاح الذي يساعد الباحثين على إرجاع الساعة التطورية لفك رموز كيفية ظهور الأيضات المبكرة.

وأوضح أن الجهود الأخرى تركز على احتضان عينات من الصخور ومحاولة التقاط الميكروبات العميقة أثناء عملها فنجبينج وانج، عالم الأحياء المجهرية الذي يقود هذا العمل في جامعة شنغهاي جياو تونغ. كانت وانغ تدرس الحياة تحت سطح الأرض منذ ما يقرب من عقدين من الزمن، لكنها قامت مع باحثين آخرين في أعماق المحيط الحيوي بالبحث بشكل كبير عن الميكروبات المختبئة في رواسب المحيطات. وقالت: "نحن لا نعرف إلا القليل عن الميكروبات الصخرية". "إنه أحد الأسئلة الأخيرة في المحيط الحيوي العميق: ماذا يوجد في الصخور الصلبة؟"

بحثًا عن إجابات، سحق وانغ مئات العينات الأساسية الموجودة على متن السفينة، ووضع كل واحدة منها في أنبوب مفاعل معدني أو زجاجة زجاجية. قامت بإضافة مجموعة متنوعة من الأطعمة إلى العينات، وهي قائمة تذوق ميكروبية مناسبة لمجموعة متنوعة غير معروفة من الأنظمة الغذائية. ثم قامت باحتضان العينات في درجات حرارة مختلفة لمعرفة ما الذي سينمو.

بشكل عام، أنشأت ما يقرب من 800 حضانة والتقطت صورة معهم في مختبر السفينة "لإظهار عملي الشاق"، كما قالت ضاحكة. في الصورة، كل بوصة من الطاولة أمامها مليئة بالزجاجات، وهي مجرد جزء صغير من إجمالي عيناتها.

تكشف النتائج الأولية التي توصل إليها وانج عن وجود فائض من غاز الميثان في بعض العينات، ولكن ليس من الواضح بعد ما إذا كان الغاز يأتي من تجشؤ الميكروبات أو تفاعل الصخور.

وينتظر العلماء في العديد من المجالات بفارغ الصبر النتائج التي توصل إليها الفريق. وقال: "من المؤكد أنه سيكون لدينا رؤية أفضل بكثير... ما هي العمليات الكيميائية الفعلية التي تحدث". يوشينوري ميازاكي، عالم جيوفيزياء في معهد كاليفورنيا للتكنولوجيا.

ومع ذلك، فإن الإثارة والانتصار اللذين يحيطان بالعمل الأخير يشوبهما الحزن أيضًا. هذه البعثة هي واحدة من الأخيرة ل JOIDES القرار، والتي ستتقاعد في نهاية عام 2024 بعد أربعة عقود من الأبحاث الرائدة في مياه المحيطات حول العالم. ولا توجد حاليًا خطة ملموسة لاستبدال السفينة، الأمر الذي يترك فجوة كبيرة في أبحاث المحيطات للعلماء الأمريكيين.

على مدار فترة طويلة، كانت الرحلات الاستكشافية على متن السفينة JOIDES القرار لقد استعادوا أكثر من 350 كيلومترًا من النوى من قاع البحر. تختبئ في هذا الكنز الجيولوجي العديد من أسرار ماضي كوكبنا - التحولات في المناخ، وكيمياء المحيطات، وربما أدلة أخرى على أصول الحياة. ولكن المزيد من المعلومات لا تزال محبوسة في صخور قاع البحر، في انتظار الكشف عنها.