Inmitten des Atlantischen Ozeans, auf einem Unterwasserberg, der sich über 300 Meter über dem Meeresboden erhebt, befindet sich Lost City. Hunderte von weißen Türmen ragen in den dunklen Ozean, überspannen das Gebiet eines Stadtblocks und ragen zwischen 30 und 200 Fuß hoch. Mit Wasserstoffgas gefüllte heiße alkalische Flüssigkeiten sprudeln von den Gipfeln dieser natürlichen Türme in die Gewässer östlich des Mittelatlantischen Rückens.
Was wie eine lange verlassene Metropole aussieht, ist in der Tat voller mikroskopischer Leben. Die Billionen mikrobieller Bewohner von Lost City, die sich auf dem Atlantis-Massiv niederlassen, sind für Wissenschaftler zu einer Faszination geworden. Diese Mikroben, die in einem hydrothermalen Entlüftungsfeld tief im Atlantik gedeihen, halten das Geheimnis für das Überleben des Lebens in solch feindlichen Umgebungen bereit - und können sogar Hinweise auf die Ursprünge des Lebens auf der Erde liefern.
Morgen, am 8. September, wird eine Gruppe von 22 Forschern, Mikrobiologen, Geologen und Ozeanographen zum ersten Mal seit Jahren nach Lost City reisen. Diese Gruppe von Wissenschaftlern möchte wissen, wie die Mikroben von Lost City ihren Lebensunterhalt verdienen, was sie essen und atmen und wie sie in den extremen Temperaturen und Drücken des tiefen Ozeans überleben.
"Wir wollen wissen, wie sie dort leben", sagt Teammitglied William Brazelton, ein Mikrobiologe an der Universität von Utah.
Lost City wurde im Jahr 2000 entdeckt und ist einer der wenigen bekannten Orte auf dem Planeten. Im Gegensatz zu häufigeren Arten von hydrothermalen Quellen wie schwarzen Rauchern und Methansickern wird Lost City nicht durch vulkanische Aktivitäten befeuert. Die Entlüftungsöffnungen entstehen vielmehr, wenn Meerwasser auf Gestein aus dem Erdmantel trifft und bei einem als Serpentinisierung bezeichneten Prozess Gas und Energie erzeugt. Kalziumreiches Wasser aus diesen Entlüftungsöffnungen reagiert dann mit dem Kohlenstoff im Meerwasser und bildet die legendären Karbonatschornsteine von Lost City.
Die Karbonatkamine von Lost City wurden während einer Expedition 2005 zum hydrothermalen Entlüftungssystem aufgenommen. (D. Kelley, M. Elend, UW, URI-IAO, NOAA, The Lost City Science Team) Wasserstoffgas, das aus den Kaminen austritt, liefert eine reichliche Energiequelle für die in Lost City lebenden Mikroben. "Es ist die nächste Sache zu einem kostenlosen Mittagessen, das das Universum bietet", sagt Brazelton. Die Schornsteine setzen auch Methan frei, ein organisches Molekül, das für viele Arten von Leben eine reiche Energiequelle darstellt.
Obwohl Energie in Hülle und Fülle vorhanden ist, ist noch nicht klar, woher die Mikroben in diesem Tiefsee-Ökosystem ihren Kohlenstoff oder ihre Nährstoffe beziehen. Laut Susan Lang, Co-Leiterin des Teams, einer Geochemikerin an der University of South Carolina, ist die Lösung dieses Rätsels eine der Hauptaufgaben der Expedition.
"Eine der Fragen, die wir zu beantworten versuchen, ist, wonach diese Mikroben suchen", sagt sie. "Das Leben ist immer auf der Suche nach etwas."
Während der dreiwöchigen Expedition werden Wissenschaftler an Bord des Forschungsschiffs (R / V) Atlantis der US Navy ein ferngesteuertes Fahrzeug (ROV) namens Jason nach Lost City schicken, um Proben zu sammeln. „Jason sieht aus wie ein SUV mit einem großen Heck“, sagt Beth Orcutt, Mikrobiologin am Bigelow Laboratory for Ocean Sciences, die an der Expedition beteiligt ist, aber nicht selbst fährt. "Die Wissenschaftler verwenden Jason als ihre Augen und Arme auf dem Meeresboden."
Jason wird Sedimente vom Meeresboden sammeln und kleine Proben von Schornsteinen aus Lost City entnehmen. Meistens wird Jason jedoch Wasser sammeln. Die Expeditionswissenschaftler planen, Wasser aus den Kaminen zu sammeln, um Mikroben einzufangen, die tief im Atlantis-Massiv leben. Die Forscher nehmen an, dass Mikroben im Berg Kohlenstoff und Nährstoffe in das Ökosystem einbringen, was mikrobielles Leben auf der Oberfläche der Schornsteine ermöglicht.
"Es würde zeigen, dass die Erde ein stark vernetztes System ist", sagt Lang. „Selbst sehr seltsame Organismen, die unter dem Meeresboden leben, ermöglichen Leben an der Oberfläche.“
Das ROV Jason, das Lost City erkunden und diesen Monat Proben nehmen wird. (Tom Kleindinst / Woods Hole Oceanographic Institution) Die Bestimmung des Überlebens von Mikroben im Gebirge, wo der Serpentinisierungsprozess von unwirtlichen Bedingungen umgeben ist, könnte auch einen Blick auf mögliches Leben auf anderen Planeten werfen. Da die Inhaltsstoffe relativ einfach sind (Gestein und Meerwasser) und die Umwelt sauerstofffrei ist, könnten Mikroben im Atlantis ein Fenster zu außerirdischen Lebensformen sein.
"Dies ist ein Beispiel für eine Art von Ökosystem, das in dieser Sekunde auf Enceladus oder Europa aktiv sein könnte", sagte Brazelton und bezog sich dabei auf wässrige Monde wie Saturn und Jupiter.
Das ROV Jason sammelt täglich rund 30 Liter Meerwasser. Ein Teil des gesammelten Wassers wird in Gefriertruhen aufbewahrt, während andere Teile vor Ort analysiert werden, um die chemische Zusammensetzung sowie die Mikroben- und Viruspopulationen zu messen. In den nächsten Jahren werden genetische Untersuchungen der Meerwasserproben Aufschluss darüber geben, welche Arten von Mikroben in dieser extremen Umgebung leben und wie sie überleben.
Es gibt auch Wissenschaftler, die glauben, dass Lost City oder ein Ort wie dieser der Ursprung des Lebens auf der Erde sein könnte. "Es ist ein gutes System für die Entwicklung des frühen Lebens", sagte Lang. Kleine Poren in den Wänden der Lost City-Schornsteine, kombiniert mit basischem (im Gegensatz zu saurem) Meerwasser und einer unbegrenzten Energiequelle im Wasserstoffgas, könnten die für ein spontanes Leben erforderlichen Goldlöckchen-Bedingungen schaffen.
"Die Geochemie und Geologie in Lost City scheinen auf eine Weise zusammen zu kommen, die das energetische Henne-Ei-Problem des Lebens lösen würde", sagte Jeffrey Marlow, ein Mikrobiologe an der Harvard University, der nicht an der Expedition beteiligt ist. Das Henne-Ei-Problem bezieht sich auf die Tatsache, dass eine Zelle Energie benötigt, um Biomoleküle zu erzeugen, und Biomoleküle benötigt werden, um Energie zu nutzen.
Marlow hält es für plausibel, dass das Wasser mit hohem pH-Wert, das in Lost City in Schornsteinporen wirbelt, günstige Bedingungen für den Beginn des Lebens schaffen könnte. Das Wasserstoffgas und andere Moleküle, die sich in den Poren vermischen, können einen Vorläufer für eine Zelle bilden, die als Protozelle bekannt ist.
Ein Rasterelektronenmikroskopbild zeigt die aus Mikroben bestehenden hauchdünnen Biofilme auf und in Schornsteinen von Lost City. (Mit freundlicher Genehmigung von Tomaso Bontognali, Susan Lang und Gretchen Früh-Green) Andere Orte wie Lost City gibt es in der Tiefsee, aber sie haben sich als schwer zu finden erwiesen. Da die Nebenprodukte der Serpentinisierung relativ banal sind - hauptsächlich Wasserstoff und Methan - weisen Standorte wie Lost City keine starken Biosignaturen auf wie andere hydrothermale Entlüftungssysteme, wie beispielsweise schwarze Raucher, die Schwefelgas ausstoßen. "Wir gehen davon aus, dass Orte wie Lost City ziemlich weit verbreitet sind, wir wissen nur nicht, wo sie sich befinden", sagt Lang. "Momentan würden wir sagen, Lost City ist einzigartig, aber es ist wahrscheinlich nicht allein."
Bald scheint es unwahrscheinlich, eine andere verlorene Stadt zu finden, wenn man bedenkt, dass der größte Teil des Ozeans noch nie von Menschen erkundet wurde. "Wir haben nur einen winzigen Bruchteil des Meeresbodens gesehen", sagt Marlow. „Es gibt so viel mehr zu entdecken.“ Laut dem United States National Ocean Service wurden weniger als 20 Prozent des Ozeans von Menschen kartografiert oder beobachtet.
Der tiefe Ozean ist für Wissenschaftler ebenso eine Grenze wie der Weltraum. Forscher beginnen gerade zu verstehen, wie vielfältig das Leben in extremen Ökosystemen am Meeresboden ist, und Wissenschaftler sind nicht die einzigen, die auf die Tiefsee blicken. Mineralressourcen wie Nickel, Kobalt, Silber und Gold haben das Interesse von Bergbauunternehmen geweckt, die zunehmend in die zukünftige Ausbeutung der Tiefsee investieren.
"Als ich als Student etwas über die Tiefsee lernte, war die Idee, dass es Mineralien auf dem Meeresboden gibt, die von der Industrie abgebaut werden könnten, eine reine Science-Fiction-Idee, weil sie überhaupt nicht wirtschaftlich ist", sagte Orcutt. Aber jetzt sind die erforderlichen Technologien da, und die International Seabed Authority (die Organisation der Vereinten Nationen, die die Genehmigung zum Bergbau in internationalen Gewässern erteilt) erteilt jedes Jahr Genehmigungen für die Minenerkundung. Eine solche Genehmigung, die im August 2017 erteilt wurde, gab Polen das Recht, den Meeresboden zu nutzen, auf dem sich Lost City befindet.
Eine "Bienenstock" -Struktur in Lost City. (Mit freundlicher Genehmigung von Deborah Kelley, University of Washington) Einige Meeresforscher sagen, dass der Abbau des Meeresbodens, bevor wir seine grundlegende Biologie verstehen, ein Rezept für eine Katastrophe sein könnte. "Genau wie bei jeder anderen Grenze ist es ziemlich einfach, Änderungen vorzunehmen, ohne zu wissen, was da ist oder welche Sicherheitslücken es gibt", sagt Lisa Levin, Tiefseebiologin und Mitbegründerin der Deep Ocean Stewardship Initiative, die darauf abzielt, Wissenschaftler anzusprechen, Ökonomen, Politikexperten und Industrievertreter zu Fragen der Tiefsee-Ausbeutung. Levin sagt, dass Polen, als es die Rechte erhielt, das Gebiet um Lost City abzubauen, eine rote Fahne für Tiefseemikrobiologen hisste. "Es war ein katalytisches Ereignis."
Viele Tiefseeforscher rufen jetzt dazu auf, Lost City und ähnliche Gebiete zu erhalten, und heben die globale Bedeutung der Tiefseemikrobiologie hervor, die zu Nährstoffkreisläufen, Klimaschutz und genetischer Vielfalt beiträgt. "Wir möchten die Aufmerksamkeit auf den unsichtbaren Teil des Lebens lenken", sagt Orcutt, der wissenschaftliche Treffen über die Auswirkungen des Tiefseeabbaus auf die mikrobielle Aktivität organisiert hat. „Der Meeresboden hat Wert. Jedes Mal, wenn Wissenschaftler auf den Grund des Ozeans gehen, werden neue Arten entdeckt. Es gibt so viel vom Ozean, von dem wir nichts wissen. “
Die Expedition dieses Monats nach Lost City wird uns helfen, ein bisschen mehr über die mysteriösen Welten unten zu lernen.
