26년 1961월 240일 자정 무렵, 개조된 해군 바지선이 태평양에서 메스껍게 흔들릴 때 검은 물이 선체에 부딪혔습니다. 배는 바하 반도에서 약 XNUMXkm 떨어진 이 지점에 막 도착했습니다. XNUMX일간의 험난한 바다 전투 끝에 선원들은 "불량 코끼리처럼" 무거운 사슬로 장비를 갑판에 매질했다고 소설가 존 스타인벡은 말했습니다. 배에 타고 있었고, 나중에 썼다 생활 잡지.

해안으로 돌아와서 승무원의 목표에 대한 소문이 퍼졌습니다. 어떤 사람들은 그들이 다이아몬드나 가라앉은 보물을 찾고 있다고 추측했습니다. 다른 사람들은 그들이 해저에 미사일을 숨겨둘 장소를 정찰하고 있다고 의심했습니다. 하지만 팀의 목표는 소문보다 훨씬 더 숭고했습니다. 지질학자인 월터 뭉크(Walter Munk)의 라호야(La Jolla) 집에서 알코올이 가득한 아침 식사를 하면서 부화한 계획은 구멍을 너무 깊게 뚫어 지구의 지각을 뚫고 지각과 지각 사이에 끼어 있는 뜨거운 암석층인 행성의 맨틀에 도달하는 것이었습니다. 그 핵심.

프로젝트 모홀(Project Mohole)로 알려진 노력이 있은 지 62년이 지난 지금, 과학자들은 아직까지 지각의 손상되지 않은 부분을 성공적으로 뚫지 못했습니다. 하지만 지난 봄, 수십 년 된 드릴십에 탑승한 팀이 JOIDES 해결 차선책을 달성한 것입니다. 그들은 지각이 특히 얇은 대서양 해저 지역에서 맨틀 암석 덩어리를 회수했습니다. 이 지역은 아틀란티스 대산괴(Atlantis Massif)로 알려진 해저 산 꼭대기에 있는데, 이곳에서 지각판의 느린 이동으로 인해 맨틀 암석 블록이 표면에 더 가깝게 밀려났습니다.

맨틀은 우리 행성의 대부분을 구성하지만, 그 암석은 일반적으로 표면 아래 수 킬로미터 깊이에 묻혀 있어 신선한 샘플을 회수하기가 어렵습니다. 그러나 지난 봄에 발굴된 것과 같은 맨틀 암석은 지구의 깊은 작용에 대한 단서를 제공하고 연구자들이 우리 세계의 근본적인 구조적 안무를 더 잘 이해하는 데 도움이 될 수 있습니다.

새로 수집된 암석은 우리 행성의 또 다른 특징인 생명에 대한 단서를 담고 있을 수도 있습니다.

바닷물이 맨틀 암석과 만나면 일련의 화학 반응이 일어나 생명의 첫 번째 불꽃을 점화하는 데 필요한 유기 화합물을 생성할 수 있는 칵테일을 생성합니다. 과학자들은 이미 아틀란티스 대산괴 꼭대기에 뻗어 있는 지질 대도시인 로스트 시티 열수 분출구 시스템에서 미생물의 도움 없이 생성된 작은 유기 분자에 대한 힌트를 발견했습니다. 일부 과학자들은 그러한 환경이 우리 행성의 초기 생명체를 배양했을 수 있다고 오랫동안 추측해 왔습니다. 이제 팀이 최근에 시추한 구멍은 해저 아래 1km 이상 구멍을 뚫어 이 열수 시스템의 고동치는 심장으로 보이는 곳에 도달했습니다.

“그것은 우리에게 가능성의 세계를 열어줍니다.”라고 말했습니다. 수잔 랭, 탐사를 공동으로 이끌었던 우즈홀 해양학 연구소의 생지화학자입니다.

이미 시추공 물에 고농도의 수소 가스가 유기 합성에 동력을 공급할 수 있다는 힌트가 있습니다. 이 자연 실험실은 팀이 Lost City의 탑을 통해 흘러내리는 생명을 주는 스튜의 기원을 밝히는 데 도움을 주어 유기체가 없는 세계의 유기 화학, 즉 생명이 존재하기 전이나 생명이 탄생했을 때의 생명 화학을 연구할 수 있게 해줍니다. 매우 부족합니다. 극단적인 지하 조건에서 살아남는 소수의 미생물은 최초의 생물이 어떻게 생활했는지에 대한 단서를 제공할 수 있으며, 궁극적으로 과학자들이 화학적 화합물을 생물로 바꾸는 중추적인 단계를 해독하는 데 도움이 될 수 있습니다.

잃어버린 도시 건설

Lang은 약 20년 전, Lost City 통풍구에 대한 최초의 상세한 연구를 수행하는 선박에 정박하라는 제안을 받았던 날을 아직도 기억합니다. 그녀의 눈에는 흥분의 눈물이 흘렀습니다. 당시 워싱턴 대학교 대학원생이었던 랭은 “아무에게도 확인하지 않고 그렇다고 답했다”고 말했다.

그녀의 열정은 연구선에 탑승한 과학자들이 처음으로 반짝이고 반투명한 뜨거운 물 기둥을 발견한 잃어버린 도시의 혁명적인 성격을 반영했습니다. 아틀란티스 당시 알려진 다른 모든 열수 분출구 시스템은 어두웠으며 굴뚝은 화산 황화물이 두껍고 연기가 자욱한 연기 기둥을 바다로 펌핑하여 검게 변했습니다. 하지만 로스트 시티의 첨탑은 유령처럼 하얀색이었습니다.

과학자들이 곧 알게 된 것처럼 밝은 색조는 바닷물과 아틀란티스 대산괴에 자리잡은 암석 사이의 반응에서 비롯됩니다. 레이니어 산보다 약간 더 높은 이 해저 산은 상부 맨틀을 지배하는 암석의 일종인 감람암으로 대부분 이루어져 있습니다. 이 산은 북아메리카와 아프리카의 지각판이 천천히 분리되는 인근 대서양 중앙 능선의 안정된 이동으로 형성되었습니다. 이 운동 윗껍질을 벗겨냈다 솟아오르는 봉우리에서 감람암 핵이 드러납니다.

감람암은 일반적으로 수 마일의 지각 아래에 남아 있습니다. 지표면에 너무 가까워서 바닷물이 바위 틈으로 스며들 수 있기 때문에 불안정합니다. 그런 일이 발생하면 감람석을 지배하는 감람석이라는 광물이 물 분자와 쉽게 반응하여 뱀화(serpentinization)라고 하는 일련의 화학적 단계를 촉발합니다. 이 과정은 물을 높은 알칼리성으로 만들어 틈새의 액체가 신선한 바닷물과 섞이면 창백한 미네랄이 침전되어 로스트 시티의 놀라운 첨탑을 형성합니다. 20층 건물.

그러나 사문석화의 또 다른 부산물인 수소는 수십 년 동안 Lang과 다른 과학자들을 그 현장으로 끌어 모았습니다. 적절한 조건에서 수소 가스는 미생물의 도움 없이(또는 비생물학적으로) 이산화탄소와 물을 작은 유기 화합물로 바꾸는 것과 같은 간단한 화학 반응을 촉진할 수 있습니다. 지속적인 반응을 통해 더 크고 복잡한 유기 분자가 생성될 수 있습니다. 딱 알맞은 재료 조합 — 설탕, 지방, 아미노산 — 최초의 생명체를 요리합니다. 게다가 수소와 작은 유기물도 지구의 초기 거주자들에게 식량을 제공했을 수도 있습니다. Lang은 “수소는 모든 것의 열쇠와 같습니다.”라고 말했습니다.

이 가스는 표면의 광물 구성이 오늘날의 것과 다르기 때문에 구불구불한 반응이 더 흔했던 초기 지구에서 더 흔했을 것입니다.

Atlantis Massif에서 Lang과 그녀의 동료들은 미생물의 도움 없이 어떤 유기 화합물이 형성될 수 있는지, 그리고 어떤 미생물이 이 특이한 지하 뷔페에서 살아남을 수 있는지 알고 싶어합니다. 그 결과는 최초의 생명체가 어떻게 생계를 유지했는지에 대한 단서를 제공할 수 있을 뿐만 아니라 고대 미생물 이전의 화학에 대한 단서를 제공할 수 있습니다.

그러나 오늘날 지구 표면에는 물 위나 아래 모두 생명체가 풍부하기 때문에 생물학의 도움 없이 만들어진 화합물을 식별하기가 어렵습니다. Lost City에서는 특히 그렇습니다. "굴뚝 전체에 콧물이 가득한 생물막이 자라는 것을 볼 수 있습니다."라고 말했습니다. 윌리엄 브라젤턴, 유타 대학의 미생물학자이자 조이데스 팀 구성원.

그래서 연구자들은 미생물이 드물고 산소가 부족하여 초기 지구와 유사한 조건을 조성하는 해저 아래 영역에 주목했습니다. Brazelton이 말했듯이 "우리는 말 그대로 더 깊이 들어가야 합니다."

자연 실험실 찾기

1960년대 모홀 프로젝트는 "영웅적인 과학" 시대에 우리 행성의 미지의 깊이를 조사하려는 노력의 시작을 알렸습니다. 데이먼 티글, 사우샘프턴 대학교의 지구화학자이자 수많은 과학 해양 시추 탐험의 베테랑입니다.

그 이름은 지각과 맨틀 사이의 경계를 정의하는 모호로비치치(Mohorovičić) 불연속면, 즉 모호(Moho)에서 따온 것입니다. 대륙 아래에서 Moho는 30km 이상의 깊이에서 발견될 수 있습니다. 해저에서는 7km에 가깝습니다. 이 때문에 맨틀을 목표로 하는 팀은 일반적으로 함선에서 드릴을 선택합니다.

프로젝트 모홀은 목표에 근접하지도 못했습니다. 지루하게 179m의 퇴적물과 고작 4m의 해저 암석. 그러나 그러한 노력에도 불구하고 해저 퇴적물 아래에 숨어 있는 것이 상대적으로 어린 화산암이라는 사실을 포함하여 우리 행성에 대한 풍부한 정보가 밝혀졌습니다. 이 발견은 나중에 판 구조론의 경우 핵심 증거가 될 것입니다. 또한 과학자들이 여전히 사용하는 시스템으로 진화한 기술을 생산했습니다. JOIDES 해결 지난 봄.

하지만 오늘날에도 심해 시추 작업은 엄청나게 어렵습니다. 우선, 단단한 암석을 드릴링하면 드릴 비트가 빠르게 마모되어 정기적으로 비트를 교체해야 하고 동일한 작은 시추공에 다시 들어가야 합니다. 배 수백 또는 수천 미터의 물 위에서 흔들리는 것은 바늘을 바늘 구멍에 떨어뜨리는 것과 같습니다. 설상가상으로 지난 봄 원정은 시작이 좋지 않았다. 팀이 첫 번째 파일럿 구멍을 뚫는 동안 드릴 비트가 막혔고 배가 Atlantis Massif에 영원히 정박되는 ​​것을 방지하기 위해 승무원은 다이너마이트 폭발로 연결을 끊었습니다. 그런 다음 드릴이 시추공에 여러 번 다시 들어갈 수 있도록 하는 시스템의 일부가 산산조각났습니다.

약간의 창의성을 발휘하여 마침내 그들은 거의 수심 1601미터 아래에 있는 현재 U850C로 알려진 현장에서 시추 작업을 시작했습니다. 그리고 그때 그들의 운이 바뀌었습니다.

대부분의 해저 시추 탐험에서는 암석 코어가 3시간마다 갑판으로 운반되기 때문에 진행 속도가 느립니다. 하지만 일단 조이데스 팀은 거의 매 시간마다 새로운 코어를 탑재하고 있었습니다. 코어를 처리하는 과학자들은 간신히 따라잡을 수 있었고, 그들이 그것을 알기도 전에 드릴 비트가 맨틀 암석에 부딪혔습니다.

이 탐험 이전에 변형된 맨틀 암석에 가장 먼 곳을 뚫은 사람은 200 미터. 하지만 조이데스 팀은 단 며칠 만에 그 거리를 주행했지만 결국 지루해졌습니다. 1,267.8 미터 대부분 감람암이다. 최근 프로젝트에 참여하지 않은 Teagle은 "정말 놀라운 일이었습니다."라고 말했습니다.

Lang에게 있어서 가장 놀라운 사실 중 하나는 시추공 깊숙한 곳에 숨겨져 있었습니다. 마지막 코어를 제거한 후 승무원은 깨끗한 물로 빈 구멍을 씻어내고 72시간 이상 동안 천연 유체와 가스가 다시 스며들도록 했습니다. 그런 다음 그들은 다양한 깊이에서 시추공 물을 수집하고 이를 분할하여 수소 가스 분석을 포함한 XNUMX가지 이상의 화학 테스트를 수행했습니다.

기껏해야 Lang은 지금까지 지하에서 미량의 수소를 발견할 것으로 예상했습니다. 그러나 가장 깊은 물 샘플에는 너무 많은 가스가 포함되어 있어 표면으로 올라오면서 튜브에 거품이 형성되었습니다. 이는 신선한 탄산음료 캔을 열 때 발생하는 것과 유사한 현상입니다.

Lang은 자신과 Brazelton의 반응을 회상하며 “우리는 정말 쓰레기 같았습니다.”라고 말했습니다. “욕설이 많이 포함됐어요.”

물은 비생물적 반응에 필요한 연료인 수소로 가득 차 있습니다.

빌딩 블록의 빌딩 블록

탐험이 끝난 지 6개월이 넘도록 팀은 여전히 ​​물의 화학 연구, 미생물 식별, 암석 특성화 등 수많은 샘플을 처리하고 있습니다. "사람들은 이 암석에 대한 원소 분석의 전체 알파벳 수프를 수행할 것입니다."라고 말했습니다. 앤드류 맥케이그탐험을 공동으로 이끈 리즈 대학교의 지질학자입니다.

예비 모델은 시추공 바닥 근처의 온도가 현재 알려진 수명 한계인 섭씨 122도에 도달할 수도 있음을 암시합니다. 일부 연구 한도가 더 높을 수도 있음을 제안합니다.) Lang은 모델이 시추 중에 순환하는 차가운 물에 의해 시추공 온도가 약간 억제되었을 때 측정된 값을 기반으로 하기 때문에 확인이 필요하다고 주의를 줍니다. 그러나 조건이 이렇게 극단적인 것으로 확인되면 과학자들은 미생물의 혼란스러운 영향 없이 생명에 연료를 공급하는 화학 반응을 연구할 수 있을 것입니다.

이는 생명의 물 기원을 연구하는 과학자들에게 중요한 진전이 될 것입니다. “오늘날 지구에서는 생명이 지배하기 때문에 비생물적 또는 생물 이전 화학을 목격하는 것이 정말 어렵습니다. 인생은 어디에나 있다”고 말했다. 로리 바지, 탐사에 참여하지 않은 NASA 제트 추진 연구소의 우주 생물학자.

초기 분석에서는 또한 작은 유기산 포름산염이 시추공 물에 존재함을 시사합니다. 포름산염은 이산화탄소와 수소의 반응을 통해 비생물학적으로 형성될 수 있는 가장 간단한 화합물 중 하나이며, 초기 지구에 생명이 탄생하기 위한 첫 단계를 의미할 수 있습니다.

“그것은 빌딩 블록을 만드는 원자재입니다.”라고 Lang은 말했습니다. 포름산염과의 지속적인 비생물적 반응은 아미노산과 같은 더 큰 유기 화합물을 생성할 수 있으며, 이는 효소 및 기타 단백질과 같이 생명에 필수적인 분자로 결합될 수 있습니다.

그러나 Atlantis Massif에서는 화학적 그림의 대부분이 아직 모호한 상태로 남아 있습니다. 시추공 깊은 곳에 있는 포름산염은 근처의 더 얕은 지하에서처럼 미생물의 도움 없이 형성되었을 수 있지만, 확실하게 하려면 더 많은 테스트가 필요합니다. 물에는 또한 일부 과학자들이 초기 신진대사에 필수적이라고 생각하는 화합물이자 수소와의 반응에서 비생물학적으로 생성될 수 있는 화합물인 메탄이 포함되어 있습니다. 그러나 Lost City에서 메탄이 어떻게 형성되는지는 또 다른 미스터리입니다. Brazelton은 "복잡하고 혼란스럽습니다"라고 말했습니다.

자연에서 비생물적 반응을 확인하는 것은 연구자들이 초기 지구나 다른 세계를 보다 밀접하게 시뮬레이션하기 위해 조건을 조정할 수 있는 프리바이오틱스 화학을 테스트하는 미래의 실험실 실험에 정보를 제공할 수 있다고 Barge는 설명했습니다. “Lost City는 정말 특별한 곳이에요.” 그녀가 말했습니다.

미생물 사냥

깊은 시추공에 생명이 없는 것은 아니지만, 거의 전례 없는 양의 암석 코어가 회수되면 과학자들은 물의 화학적 성질과 암석 유형의 변화를 지하에서 살아갈 수 있는 소수의 미생물과 연결하는 데 도움이 될 것입니다. 부족한 지하 자원 속에서 미생물이 어떻게 생존하는지 연구하는 것은 아마도 수소와 기타 비생물학적으로 형성된 화합물을 먹음으로써 초기 생명체에 대한 우리의 그림을 선명하게 하는 데 도움이 될 수 있습니다.

특히 Brazelton은 미생물이 수소와 작은 유기 화합물을 에너지로 전환하는 데 사용하는 특정 효소를 찾고 있습니다. Brazelton은 "여기서 전체적인 아이디어는 암석에서 화학이 진행되고 어느 시점에서 그 화학이 생명으로 변한다는 것입니다."라고 말했습니다. 이러한 효소는 연구자들이 최초의 신진대사가 어떻게 이루어졌는지 해독하기 위해 진화의 시계를 되돌리는 데 도움이 되는 손잡이일 수도 있습니다.

다른 노력은 암석에서 샘플을 배양하고 활동 중인 깊은 미생물을 포착하는 데 중점을 두고 있다고 설명했습니다. 왕펑핑, Shanghai Jiao Tong University에서 이 연구를 이끄는 지질미생물학자입니다. Wang은 거의 20년 동안 지하 생물을 연구해 왔지만 그녀와 다른 심부 생물권 연구자들은 해양 퇴적물에 숨어 있는 미생물을 주로 찾아왔습니다. “우리는 암석 미생물에 대해 아는 바가 거의 없습니다.”라고 그녀는 말했습니다. "이것은 깊은 생물권에 대한 마지막 질문 중 하나입니다. 단단한 암석에는 무엇이 있습니까?"

답을 찾기 위해 Wang은 선박에 있는 수백 개의 핵심 샘플을 분쇄하여 각각을 금속 반응기 튜브나 유리병에 넣었습니다. 그녀는 알려지지 않은 다양한 식단에 적합한 미생물 맛 메뉴인 다양한 음식을 샘플에 첨가했습니다. 그런 다음 그녀는 샘플을 다양한 온도에서 배양하여 무엇이 자라는지 확인했습니다.

전반적으로 그녀는 거의 800개의 인큐베이터를 설치하고 "내 노력을 보여주기 위해" 선상 연구실에서 그들과 함께 사진을 찍기 위해 포즈를 취했습니다. 그녀는 웃으며 말했습니다. 사진 속 그녀 앞의 테이블 구석구석에는 유리병이 가득 차 있는데, 이는 그녀의 전체 샘플 중 극히 일부에 불과합니다.

Wang의 예비 결과는 일부 샘플에서 과도한 메탄을 밝혀냈지만 그 가스가 미생물의 트림에서 나오는 것인지 암석의 반응에서 나오는 것인지는 아직 명확하지 않습니다.

다양한 분야의 과학자들이 팀의 발견을 간절히 기다리고 있습니다. "우리는 실제 화학 공정이 어떻게 진행되고 있는지 훨씬 더 잘 볼 수 있게 될 것입니다."라고 말했습니다. 미야자키 요시노리, 캘리포니아 공과 대학의 지구 물리학자.

하지만 이번 작품을 둘러싼 설렘과 승리감에는 아쉬움도 물씬 풍긴다. 이번 원정은 마지막 탐험 중 하나이다. JOIDES 해결2024년간 전 세계 해양에 대한 획기적인 연구를 마친 후 XNUMX년 말에 은퇴할 예정입니다. 현재 이 배를 교체할 구체적인 계획은 없으며, 이는 미국 과학자들의 해양 연구에 큰 구멍을 남기고 있습니다.

오랜 재임 기간 동안 탐사선에 탑승했습니다. JOIDES 해결 해저에서 350km가 넘는 코어를 회수했습니다. 이 지질학적 보물 속에는 기후 변화, 해양 화학, 어쩌면 생명의 기원에 대한 다른 단서 등 우리 행성의 과거에 대한 많은 비밀이 숨겨져 있습니다. 그러나 훨씬 더 많은 정보가 여전히 해저 암석에 갇혀 발견되기를 기다리고 있습니다.