26 年 1961 月 240 日の真夜中近く、太平洋で船体を改造した海軍はしけの船体に暗い水が打ち寄せ、不快な音を立てました。船はバハ半島から約XNUMXキロメートル離れたこの地点に到着したばかりで、XNUMX日間にわたって非常に荒れた海との戦いを経て、乗組員たちは「はぐれ象のように」重い鎖で甲板に装備を縛り付けていたと小説家のジョン・スタインベックは語った。船に乗っていましたが、 後で書いた 生活 マガジン.

海岸に戻ると、乗組員の目的についての噂が飛び交っていました。ダイヤモンドや沈んだ財宝を探しているのではないかと推測する人もいた。海底にミサイルを隠しておく場所を探しているのではないかと疑う者もいた。しかし、チームの目標は、最も突飛な伝聞よりもさらに崇高なものでした。地質学者ウォルター・ムンクのラホーヤにある自宅でアルコール入りの朝食をとりながら思いついたこの計画は、地球の地殻を突き抜けて、地球の地殻と地殻の間に挟まれた高温の岩石層であるマントルに到達するほどの深さの穴を掘削するというものだった。その核心。

モホール計画として知られる取り組みから 62 年以上が経過した現在、科学者たちはまだ地球の地殻の無傷の部分を掘削することに成功していません。しかしこの春、数十年前に建造された掘削船に乗ったチームが、 ジョイデスの解決策 彼らは、大西洋の海底の地殻が特に薄い地域からマントル岩石の宝庫を回収した。この場所はアトランティス山塊として知られる海底山の頂上にあり、そこではプレートのゆっくりとした移動によってマントルの岩石のブロックが地表近くまで押し込まれている。

マントルは地球の大部分を占めていますが、その岩石は通常、地表から数キロメートル下に埋もれているため、新鮮なサンプルを回収するのは困難です。しかし、昨春に発掘されたようなマントル岩石は、地球の深部の働きを知る手がかりを提供し、研究者が私たちの世界の基礎となる地殻変動をより深く理解するのに役立つ可能性がある。

新たに収集された岩石には、地球のもう一つの特徴である生命に関する手がかりも含まれている可能性があります。

海水がマントル岩と出会うと、一連の化学反応によってカクテルが生成され、生命の最初の火花を点火するために必要な有機化合物が生成されます。科学者たちはすでに、アトランティス山塊の頂上にある広大な地質大都市であるロストシティ熱水噴出孔システムで、微生物の助けなしに生成された小さな有機分子のヒントを発見している。一部の科学者は、そのような環境が地球の初期の生命体を孵化させた可能性があると長い間推測してきました。現在、チームが最近掘削した穴は、海底から1キロメートル以上下に掘削されており、この熱水系の鼓動の中心部と思われる部分に到達している。

「それは私たちに可能性の世界をもたらします」と彼は言いました スーザン・ラング、ウッズホール海洋研究所の生物地球化学者であり、遠征を共同率いました。

すでに、ボーリング孔水中の高濃度の水素ガスが有機合成の動力源として利用できる可能性があるというヒントがあります。この自然の実験室は、チームがロストシティの塔から滴り落ちる生命の源であるシチューの起源を解明するのに役立ち、生物のいない世界の有機化学、つまり生命が存在する前、または生命が存在したときの生命の化学を研究できるようにすることを約束します。非常に希少です。極端な地下環境でも生き残る少数の微生物は、最も初期の生物がどのように生計を立てていたのかを知る手がかりを提供する可能性があり、最終的には科学者が化合物を生物に変える極めて重要なステップを解読するのに役立つ可能性がある。

失われた都市の構築

ラングさんは、約20年前、ロスト・シティの噴出孔に関する最初の詳細な研究を行う船への乗船を申し出られた日のことを今でも覚えている。興奮のあまり彼女の目には涙があふれた。 「私は誰にも確認せずにイエスと答えました」と当時ワシントン大学の大学院生だったラングさんは語った。

彼女の熱意は、ロストシティの革命的な性質を反映しており、そのきらめく半透明の熱水の柱は、調査船に乗った科学者によって初めて発見されました。 アトランティス号 当時、他の既知の熱水噴出孔システムはすべて暗く、火山硫化物によって黒くなった煙突が、焼けつくような流体の厚く煙のようなプルームを海に送り出していました。しかし、ロストシティの尖塔は幽霊のように白く見えました。

科学者たちがすぐに学んだことは、この明るい色合いは海水とアトランティス山塊の中に隠れている岩石との反応から生じているということです。レーニア山より少し高いこの海底山は、主に上部マントルを占める岩石の一種である橄欖岩でできています。この山は、北アメリカとアフリカの構造プレートがゆっくりと引き離される、近くの大西洋中央尾根の穏やかな変化によって形成されました。この動き 上部の皮を剥ぎました そびえ立つ頂上からは、橄欖岩の核の帯が露出しています。

かんらん岩は通常、数マイルにわたる地殻の下に留まります。地表に近い場所では不安定で、岩石の亀裂に海水が入り込む可能性があります。それが起こると、かんらん岩を支配するカンラン石と呼ばれる鉱物が水分子と容易に反応し、蛇紋岩化と呼ばれる一連の化学段階が引き起こされます。このプロセスにより水は高アルカリ性になるため、亀裂からの液体が新鮮な海水と混ざり合うと、淡いミネラルが沈殿し、ロストシティの見事な尖塔を構築します。 20階建て.

しかし、蛇紋岩化の別の副産物である水素は、数十年にわたってラング氏や他の科学者をこの場所に引き寄せてきた。適切な条件下では、水素ガスは、微生物の助けを借りずに（または非生物的に）、二酸化炭素と水を小さな有機化合物に変えるなど、単純な化学反応を促進できます。反応を続けると、より大きくて複雑な有機分子が生成され、おそらく工作が行われる可能性があります。 ちょうどいい材料の組み合わせ — 糖、脂肪、アミノ酸 — 初期の生命体を調理するためのもの。さらに、水素と小さな有機物も、地球の初期の住民に食料を提供した可能性があります。 「水素はすべての鍵のようなものです」とラング氏は語った。

このガスはおそらく、地表の鉱物組成が今日のものとは異なっていた初期の地球でより一般的であり、蛇紋岩化反応がより一般的であったと考えられます。

アトランティス山塊では、ラング氏とその同僚たちは、どの有機化合物が微生物の助けなしで生成できるのか、そしてどの微生物がこの珍しい地下ビュッフェで生き残れるのかを知りたいと考えています。この結果は、最も初期の生命体がどのようにして生計を立てていたのか、またそれらの古代の微生物に先立って行われていた化学についての手がかりを提供する可能性がある。

しかし、今日では地球の表面、水の上にも地下にも生命があふれており、生物学の助けなしに作られた化合物を特定するのは困難になっています。それは特にロストシティに当てはまります。 「煙突全体に悪臭を放つバイオフィルムが成長しているのがわかります」と彼は言いました。 ウィリアム・ブラゼルトン、ユタ大学の微生物学者、 ジョイデス チームメンバー。

そこで研究者らは、微生物がまばらで酸素が不足し、初期の地球と同様の条件を作り出している海底下の領域に目を向けた。ブラゼルトン氏が言ったように、「文字通り、さらに深く掘り下げる必要があります。」

自然の実験室を探す

1960年代、モホール計画は「英雄的な科学」の時代に地球の未踏の深さを探査する取り組みの始まりとなった、と述べた。 デイモン・ティーグル、サウサンプトン大学の地球化学者であり、多くの海洋科学掘削遠征のベテランです。

この名前は、地殻とマントルの境界を定義するモホロヴィチッチ不連続部、またはモホをもじったものです。大陸の下では、モホ山は深さ 30 キロメートル以上に存在することがあります。海底下では7キロメートル近くあります。このため、マントルをターゲットとするチームは通常、船からの掘削を選択します。

モホール計画は目標に近づくことさえできませんでしたが、 退屈する 179 メートルの堆積物とわずか 4 メートルの海底の岩。しかし、その努力によっても、海底の堆積物の下に比較的若い火山岩が隠れていたという事実など、地球に関する豊富な情報が明らかになった。この発見は、後にプレートテクトニクスの場合の重要な証拠として役立つことになる。また、科学者が現在も使用しているシステムに進化したテクノロジーも生み出しました。 ジョイデスの解決策 この過去の春。

しかし、今日でも深海の掘削は非常に困難です。まず、硬い岩盤を掘削するとドリルビットが急速に磨耗し、定期的なビット交換が必要となり、同じ小さなボーリング孔に再び入る必要があります。 船 数百メートル、数千メートルの水の上で揺れるのは、針穴に針を落とすようなものです。さらに悪いことに、昨春の遠征は不運なスタートとなった。チームが最初のパイロットホールを掘削しているときに、ドリルビットが引っかかってしまい、船がアトランティス山塊に永久に停泊するのを防ぐために、乗組員はダイナマイトの爆発で接続を切断しました。その後、ドリルが何度もボーリング孔に再突入することを可能にするシステムの一部が粉々に砕けた。

少しの創造性のおかげで、彼らはついに、水深約 1601 メートルの下に位置する、現在 U850C として知られる場所で掘削を開始することができました。そしてそれが彼らの運命が変わったときです。

ほとんどの海底掘削遠征では進捗が遅く、岩石のコアが約 3 時間ごとに甲板に運ばれます。しかし、一度、 ジョイデス チームは作業を開始し、ほぼ毎時間新しいコアを船上に積み込んでいました。科学者らは核の処理がほとんど追いつかず、気が付くとドリルの刃がマントルの岩石に衝突していた。

この遠征以前に、これまでに誰かが変質したマントル岩を最も遠くまで掘削したのは、 200 m。 しかし ジョイデス チームはわずか数日でその距離をカバーしましたが、最終的には退屈でした 1,267.8 m ほとんどがかんらん岩。 「それはただただ驚くべきことでした」と最近の取り組みには参加していないティーグル氏は語った。

ラングにとって、最大の驚きの 72 つは掘削孔の奥深くに隠されていました。最後の炉心を取り出した後、乗組員は空になった穴をきれいな水で洗い流し、XNUMX 時間以上かけて自然の液体とガスを再び浸透させました。その後、さまざまな深さでボーリング孔の水を収集し、水素ガス分析を含む十数回の化学検査のために分割しました。

ラング氏は、これまでのところ地下で微量の水素が見つかると期待していた。しかし、最も深い水サンプルには多量のガスが含まれていたため、水が浮上するとチューブ内に泡が形成され、これは新しいソーダの缶を割って開けたときに起こる現象と似ています。

「私たちはまったく、くだらないような感じでした」とラングさんは、彼女自身とブラゼルトンさんの反応を思い出しながら語った。 「たくさんの罵倒が含まれていました。」

この水には、非生物的反応を促進するために必要な燃料である水素がたっぷりと含まれています。

ビルディングブロックのビルディングブロック

遠征から 6 か月以上経った今でも、チームは膨大な数のサンプルを処理しており、水の化学の研究、微生物の特定、岩石の特徴付けなどを行っています。 「人々はこれらの岩石の元素分析のアルファベットスープ全体を行うつもりです」と彼は言いました。 アンドリュー・マッケイグ、リーズ大学の地質学者で、遠征隊を共同率いました。

予備的なモデルは、ボーリング孔の底付近の温度が、現在知られている生命の限界である摂氏 122 度にさえ達する可能性があることを示唆しています（ただし、 いくつかの研究 制限がさらに高くなる可能性があることを示唆しています)。ラング氏は、モデルは掘削中に循環する冷たい水によってボーリング孔の温度がわずかに抑制されたときに取得された測定に基づいているため、確認が必要であると警告しています。しかし、状況がこれほど極端であることが確認されれば、その深さにより、科学者は微生物の混乱の影響を受けることなく、生命を生み出す化学反応を研究できるようになるだろう。

これは、生命の水の起源を研究する科学者にとって重要な前進となるでしょう。 「今日の地球では、生命が優勢であるため、非生物的または前生物的化学を目撃するのは非常に困難です。人生はどこにでもあります」と言いました ローリーバージNASA ジェット推進研究所の宇宙生物学者で、遠征には参加していませんでした。

初期の分析では、ボーリング孔の水中に小さな有機酸ギ酸塩が存在することも示唆されています。ギ酸塩は、二酸化炭素と水素の反応により非生物的に形成できる最も単純な化合物の 1 つであり、初期地球における生命の最初の輝きへの第一歩を示すものである可能性があります。

「それは建築ブロックを構築するための原材料です」とラング氏は語った。ギ酸塩との非生物的反応が継続すると、アミノ酸のようなより大きな有機化合物が生成され、それらをつなぎ合わせて酵素や他のタンパク質などの生命に不可欠な分子を作ることができます。

しかし、アトランティス山塊の化学的全体像の多くは依然として曖昧なままです。ボーリング孔の奥深くにあるギ酸塩は、近くの浅い地表と同様に、微生物の助けなしに形成された可能性がありますが、確実にするためにはさらなる検査が必要です。この水にはメタンも含まれています。メタンは初期の代謝に不可欠であり、水素との反応によって非生物的に生成される可能性があると一部の科学者が考えている化合物です。しかし、ロストシティでメタンがどのように形成されるかは別の謎であり、「複雑で混乱を招く」とブラゼルトン氏は言う。

自然界における非生物反応を特定することは、プレバイオティクス化学をテストする将来の実験室実験に情報を提供する可能性があり、研究者は条件を微調整して初期の地球や他の世界をより厳密にシミュレートできるとバージ氏は説明した。 「ロストシティは本当に特別な場所です」と彼女は言いました。

微生物を狩る

たとえ深いボーリング孔に生命が存在しなかったとしても、ほぼ前例のない量の岩石コアが回収されたことは、科学者が水の化学構造や岩石の種類の変化を、地下に生息する可能性のある少数の微生物と結びつけるのに役立つだろう。おそらく水素やその他の非生物的に形成された化合物を食べることによって、微生物が希少な地下資源の中でどのように生き延びているかを研究することは、私たちの初期生命のイメージを鮮明にするのに役立つかもしれない。

ブラゼルトン氏は特に、微生物が水素や小さな有機化合物をエネルギーに変えるために使用する特定の酵素を探し求めている。 「ここでの全体的な考え方は、岩石の中で化学が起こっており、ある時点でその化学が生命に変わるということです」とブレイゼルトン氏は言う。これらの酵素は、研究者が進化の時計を巻き戻し、最古の代謝がどのようにして生まれたのかを解明するためのノブにすぎないかもしれない。

他の取り組みは、岩石から採取したサンプルを培養し、深部の微生物の活動を捕捉することに重点を置いていると説明した。 王鳳平、上海交通大学でこの研究を主導する地球微生物学者。ワン氏はほぼ 20 年間、地下の生物を研究してきたが、彼女と他の深層生物圏研究者は主に海洋堆積物に隠れている微生物を探してきた。 「岩石微生物についてはほとんど何もわかっていません」と彼女は言う。 「これは、深層生物圏における最後の質問の 1 つです。硬い岩石の中に何があるのか​​ということです。」

答えを求めて、王氏は船上で何百ものコアサンプルを粉砕し、それぞれを金属反応管またはガラス瓶に入れました。彼女はサンプルにさまざまな食品を加えました。未知の多様性に適した微生物のテイスティングメニューです。そして、彼女はサンプルをさまざまな温度でインキュベートして、何が成長するかを確認しました。

全体として、彼女は約 800 の孵卵器を設置し、船上の研究室で一緒に写真を撮りました。「私の勤勉さを示すため」と彼女は笑いながら語った。写真では、彼女の目の前のテーブルの隅々までガラス瓶が詰め込まれていますが、これらは彼女のサンプル全体のほんの一部にすぎません。

ワン氏の暫定的な結果では、一部のサンプルに過剰なメタンが含まれていることが明らかになったが、そのガスがげっぷする微生物から来たものなのか、それとも岩石の反応から来たものなのかはまだ明らかになっていない。

多くの分野の科学者がチームの発見を心待ちにしています。 「私たちは間違いなく、実際にどのような化学プロセスが起こっているのかをより良く把握できるようになるだろう」と述べた。 宮崎義則、カリフォルニア工科大学の地球物理学者。

しかし、最新作を取り巻く興奮と勝利は、同時に悲しみを帯びています。この遠征は最後の遠征の一つです ジョイデスの解決策、世界中の海水で2024年間にわたる画期的な研究を経て、XNUMX年末に引退する予定です。現在、この船に代わる具体的な計画はなく、米国の科学者にとって海洋研究に大きな穴が残されている。

その長い任期中、船上での遠征が行われてきました。 ジョイデスの解決策 海底から350キロメートル以上の核を回収した。この地質の宝庫には、気候の変化、海洋化学、そしておそらく生命の起源に関するその他の手がかりなど、地球の過去に関する多くの秘密が隠されています。しかし、さらに多くの情報がまだ海底の岩石の中に閉じ込められており、発見されるのを待っているだけです。