Ein paar Meilen südlich von Lovell, Wyoming, in der Nähe der Grenze zu Montana, beginnt die Burlington Northern Railroad einen allmählichen Aufstieg von Weiden und Pappelhainen. Der Pfad steigt in eine honigfarbene Schlucht, die durch den Madison-Kalkstein geschlagen wurde, eine Formation, die zu der Zeit, als die Dinosaurier Wyomings Küsten durchstreiften, bereits uralt war, und verläuft dann über einer unterirdischen Kammer, die als Lower Kane Cave bekannt ist. Der Höhleneingang ist fast unsichtbar, ein Riss, der fast von den steilen Trümmern des Bahndamms eingegraben wird.
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Ich stolperte hinter einem Team von Wissenschaftlern über diesen knöchelverdrehten Abhang und wand mich mit den Füßen zuerst durch den 30-Zoll-Spalt. Ich bückte mich und tastete mich in der Dunkelheit nach vorne, schlüpfte in einen sich schnell bewegenden Strom und zappelte auf allen vieren herum, bevor ich genug Platz fand, um aufrecht auf dem Schlammufer zu stehen. Meine Augen gewöhnten sich bald an das schwache Leuchten meines Scheinwerfers, aber meine Haut blieb klebrig; Im Gegensatz zu den meisten Höhlen in diesem Breitengrad, die das ganze Jahr über angenehm kühl sind, liegt die Temperatur in Lower Kane bei unangenehm feuchten 75 Grad. Ein beißender, fauler Geruch steckte in meiner Kehle.
In Lower Kane gibt es keine glitzernden Säulen oder Kalkvorhänge unterirdischer Touristenattraktionen wie der Carlsbad Caverns in New Mexico oder der MammothCave in Kentucky. Lower Kane ist kaum größer als eine typische U-Bahnstation in New York City und es fehlt ihm sogar der bescheidenste Stalaktit. Doch diese unscheinbare Höhle erweist sich als wissenschaftliche Goldmine, die eine energiegeladene Forschergruppe unter der Leitung von Annette Summers Engel von der University of Texas in ihre feuchten Tiefen zieht. Mit Schutzmasken gegen giftige Gase, die aus drei federnden Becken aufsteigen, setzt das Team das neueste Kapitel in einem 30-jährigen Bestreben fort, die seltene und exotische Form der Höhle zu verstehen, die Kane darstellt. Nur etwa ein Dutzend dieser sogenannten aktiven Sulfidhöhlen wurden weltweit gefunden. Als sie in den frühen 1970er Jahren zum ersten Mal vorgeschlagen wurden, war die Theorie ihrer Ursprünge so umstritten, dass die wissenschaftliche Gemeinschaft fast zwei Jahrzehnte brauchte, um sich damit auseinanderzusetzen. Schließlich hat die ungewöhnliche Geochemie dieser Höhlen das konventionelle Denken darüber, wie sie entstanden sind, zunichte gemacht.
Noch wichtiger ist, dass die Entdeckung des „dunklen Lebens“ - siedelnde Kolonien von Mikroben, die in diesen von Säure durchtränkten, pechschwarzen Unterwelten gedeihen - den lang gehegten Glauben verdrängt hat, dass Höhlen größtenteils unfruchtbare und sterile Orte sind. Wissenschaftler suchen in diesen einst verborgenen Tiefen nach Mikroben, die zu neuen Krebstherapien führen können. Und die Höhlenforschung beeinflusst auch das Nachdenken der Wissenschaftler über die Ursprünge des Lebens auf der Erde und seine mögliche Existenz auf anderen Welten. "Eine Höhle ist so eine andere Umgebung, es ist fast so, als würde man auf einen anderen Planeten gehen", sagt die Geomikrobiologin Penny Boston von New Mexico Tech. „In gewisser Hinsicht ist es ein anderer Planet - der Teil unseres eigenen Planeten, den wir noch nicht erforscht haben. So wie die tiefen Ozeane erst in den letzten Jahrzehnten für die Wissenschaft zugänglich wurden, gibt es jetzt solche Pionierarbeit in Höhlen. “(Eine Fernsehauswertung der Höhlenforschung, „ Mysterious Life of Caves “, wird auf PBS ausgestrahlt NOVA 1. Oktober)
In den späten 60er Jahren war ein Doktorand der Stanford University, der nach einem herausfordernden Thema für seine Doktorarbeit suchte, der erste Wissenschaftler, der sich durch den Riss im Bahndamm von Wyoming schob. Stephen Egemeiers Neugier wurde sofort von Lower Kanes ungewöhnlich warmen Temperaturen und unangenehmen Gerüchen geweckt. Noch seltsamer waren die riesigen, schlammigen Haufen eines bröckeligen weißen Minerals, die man selten in Höhlen findet. Dies war Gips oder Calciumsulfat, der Hauptbestandteil von Sheetrock oder Trockenbau, dem aus dem Hausbau bekannten Material. Als Egemeier entdeckte, dass Lower Kanes Quellen nicht nur heiß waren, sondern auch Schwefelwasserstoffgas sprudelten (berüchtigt für seinen faulen Geruch), vermutete er, dass Schwefelwasserstoff aktiv an der Ausarbeitung von Lower Kane mitwirkte. Aus welcher unterirdischen Quelle auch immer das potenziell giftige Gas stammte - ob aus den vulkanischen Stauseen von Yellowstone im Westen oder aus den Ölfeldern des BighornBasin im Süden - sprudelte es aus dem Quellwasser in die Höhle. Es war von Natur aus instabil und reagierte mit Sauerstoff im Wasser unter Bildung von Schwefelsäure. Die Säure fraß an den Höhlenwänden und produzierte Gips als Nebenprodukt.
Egemeiers bahnbrechende Forschung wurde in den 70er Jahren nie allgemein veröffentlicht und fand wenig Beachtung. Aber während es sich abzeichnete, kämpfte eine andere Gruppe von Wissenschaftlern mit einigen ebenso rätselhaften Rätseln in der Höhle. Dieses Mal fand die wissenschaftliche Detektivjagd weit entfernt von Wyomings schroffen Canyons in den zertrampelten Tiefen eines wichtigen Touristenziels, den Carlsbad Caverns, statt.
Die frühe Carlsbad-Geschichte ist im Wesentlichen die Geschichte eines einzelnen Individuums, Jim White. Als Teenager in den 1890er Jahren wanderte White in der Nähe seines Campingplatzes in den Guadalupe-Bergen im Südosten von New Mexico umher, als er eine seltsame dunkle Wolke entdeckte, die vom Wüstenboden aufwirbelte.  »Ich dachte, es sei ein Vulkan«, sagte er später,  »aber damals hatte ich noch nie einen Vulkan gesehen.« White, der die Wolke an der Mündung einer gigantischen Höhle zum Ursprung brachte, stand wie gebannt vor dem Schauspiel von Millionen von Fledermäulern auf ihrem nächtlichen Jagdausflug. So begann seine lebenslange Besessenheit mit Carlsbad Caverns, die er im Allgemeinen allein erforschte, nur mit dem schwachen Flackern einer Petroleumlampe, die ihn führte. Die Geschichten von White über ein riesiges unterirdisches Labyrinth machten ihn zu einem örtlichen Gespött, bis er 1915 einen Fotografen überredete, ihn in die Höhle zu begleiten. In den folgenden Monaten ließ White die Besucher in einem eisernen Eimer auf einer wackeligen Winde in die Dunkelheit sinken Füße darunter. Heute ist seine einsame Besessenheit natürlich zu einem Nationalpark geworden, der jährlich eine halbe Million Besucher anzieht.
Aber der vielleicht überraschendste Aspekt der Karlsbader Geschichte ist, dass die Mineralogie der Höhlen und ihre vielen rätselhaften Merkmale selbst in den 1970er Jahren, als es Tausende von täglichen Sommerbesuchern gab, kaum untersucht worden waren. Die Höhlenkunde oder das Studium von Höhlen war kaum eine seriöse Wissenschaft, und laut der Höhlenexpertin Carol Hill neigten die etablierten Geologen dazu, diejenigen, die sich für das Thema interessierten, als „schmuddelige Höhlenforscher“ zu bezeichnen.
Dann, eines Tages im Oktober 1971, stiegen Hill und drei andere junge Geologiestudenten eine steile Leiter in eine der abgelegenen Kammern Carlsbads. Als sie durch den Mystery Room kletterten, benannt nach dem seltsamen Geräusch des Windes, wurden sie von bläulichen Lehmflecken an ihren Füßen und krümeligen, cornflakesartigen Krusten an den Wänden verblüfft. Noch seltsamer waren die massiven Blöcke eines weichen, weißen Minerals an anderer Stelle in der Höhle. Solche Blöcke hätten überhaupt nicht da sein dürfen.
Zum einen löst sich dieses Mineral, Gips, schnell in Wasser auf. Und die konventionelle Erklärung der Entstehung von Höhlen besteht darin, dass Wasser - viele davon - über Jahrmillionen durch Kalkstein sickert. Die Chemie ist einfach: Wenn Regen durch die Atmosphäre fällt und in den Boden sickert, nimmt er Kohlendioxid auf und bildet eine schwach saure Lösung, Kohlensäure. Dieses leicht ätzende Grundwasser frisst den Kalkstein ab und ätzt über Äonen eine Höhle aus.
Nach dieser allgemein anerkannten Theorie sollten alle Kalksteinhöhlen aus langen, engen Gängen bestehen. Doch wie jeder weiß, der durch Carlsbads Hauptattraktion, den Big Room, gewandert ist, handelt es sich um eine gigantische, kathedralenartige Halle, die sich über das Äquivalent von sechs Fußballfeldern erstreckt. Hätte ein großer unterirdischer Fluss diese riesige Höhle ausgegraben, hätte er alles auf seinem Weg, einschließlich Gips, erodieren oder beiseite fegen müssen. Auf dem Boden des Großen Raums, einem der größten Höhlenräume der Welt, liegen riesige weiße Haufen des bis zu 3 Meter dicken Materials.
Verwundert musste Hill zu dem Schluss kommen, dass in den Guadalupe-Bergen eine drastisch andere Methode der Höhlenbildung am Werk gewesen sein muss. Bald entwickelte sie eine ähnliche Theorie wie Egemeier: Der Schwefelwasserstoff, der von den nahe gelegenen Öl- und Gasfeldern abgegeben wurde, stieg durch die Berge auf und reagierte mit Sauerstoff im Grundwasser, um Schwefelsäure zu produzieren, die die Höhlen über Millionen von Jahren hinweg verschlungen hatte .
Ihre Schwefelwasserstoff-Theorie erregte bei Geologen, die Beweise suchten, die Karlsbad als „tote“ oder nicht mehr bildende Höhle nicht liefern konnte, intensive Skepsis. Um Hill's Theorie zu bestätigen, mussten die Wissenschaftler einen Ort untersuchen, an dem Schwefelsäure immer noch in der Höhle zerfrisst - genau wie in Lower Kane. Aber im Laufe der Jahre war die kleine Höhle unter dem Gleis mehr oder weniger in Vergessenheit geraten.
Im Jahr 1987 erschien schließlich Hill's akribische Studie über die Guadalupes, die mit der Veröffentlichung von Stephen Egemeiers Werk nach seinem Tod im Jahr 1985 zusammenfiel. Diese Studien, zusammen mit neuen Entdeckungen einer Handvoll anderer aktiver Sulfidhöhlen auf der ganzen Welt, erwiesen sich als zweifelsfrei dass Höhlen in einigen Regionen durch Schwefelsäure gebildet wurden. Aber jetzt stellte sich eine spannendere Frage: Wie könnte das Leben in pechdunklen Höhlen voller giftiger Gase gedeihen?
Einer meiner gruseligsten Momente bei einem Besuch in Lower Kane war, als ich meinen Taschenlampenstrahl auf einen der drei Pools der Höhle richtete. Unmittelbar unter der Wasseroberfläche erstreckte sich ein verrücktes Muster aus fadenförmigen, filmartigen Matten in erstaunlichen Blauschwarz-, Zinnoberrot- und grellen Day-Glo-Orange-Tönen, als hätte ein Popkünstler der 1960er-Jahre Farbe in alle Richtungen geworfen. An einigen Stellen erinnerten mich die gesprenkelten, orangefarbenen Muster an die NASA-Bilder der kahlen Marsoberfläche. In anderen sah es so aus, als hätte jemand Spaghettisauce ins Wasser geworfen. Und direkt über jeder Quelle im Wasser schwebend, vollführten spinnenweiße Filamente wie zarte Spinnweben einen gespenstischen Unterwassertanz in den von unten aufsteigenden Strömungen.
Die psychedelischen Farben stammten alle von Bakterienmatten, gallertartigen Filmen von Kohlenstoffverbindungen, die von unsichtbaren Mikroben erzeugt wurden. Diese lebhaften Nebenprodukte der bakteriellen Aktivität häufen sich an heißen Quellen in Yellowstone und anderswo, obwohl sie an der Oberfläche von der Konkurrenz durch Algen und andere Organismen überwältigt werden können. Aber was machten sie hier in Lower Kane, wo es an einem Ort mit giftigen Gasen und ohne Sonnenlicht so üppig zuging?
Während des größten Teils des 20. Jahrhunderts glaubten Wissenschaftler, dass keine Bakterien mehr als ein paar Meter unter dem Mutterboden oder dem Meeresschlamm existieren könnten. Darunter, so dachten die Wissenschaftler, ist das Leben einfach nur ins Stocken geraten. Dann, 1977, kam die erstaunliche Entdeckung von bizarren Röhrenwürmern und anderen exotischen Tieren, die sich alle um untergetauchte Vulkane drängten, die so tief im Pazifik liegen, dass das Sonnenlicht sie nicht erreicht. Es stellte sich heraus, dass dieses jenseitige Ökosystem fast ausschließlich von der Aktivität schwefelfreudiger Bakterien abhängt, die von den kochenden Strömungen und Gasen der Unterwasserentlüftungsöffnungen gedeihen. Gleichermaßen überraschende Enthüllungen über Mikroben an anderen unwahrscheinlichen Orten folgten bald: Bakterien wurden in Kernen gefunden, die mehr als eine Meile unterhalb von Virginia in Gesteinen der unwirtlichen Antarktis und mehr als zehn Kilometer tief im Pazifik am Boden des Marianengrabens gebohrt wurden. Einige Wissenschaftler spekulieren jetzt, dass verborgene Bakterien unter der Oberfläche der Masse des gesamten darüber liegenden lebenden Materials entsprechen könnten.
Dieses „dunkle Leben“, das seit Milliarden von Jahren isoliert ist, eröffnet Wissenschaftlern verlockende Perspektiven. Mikrobiologen hoffen, dass unterirdische Bakterien zu neuen Antibiotika oder Antikrebsmitteln führen können. Die NASA-Spezialisten untersuchen sie in der Hoffnung, Signaturen zu identifizieren, die sie in Gesteinsproben vom Mars oder in Sonden erkennen könnten, die eines Tages die gefrorenen Meere von Europa, einem der Jupitermonde, durchdringen könnten.
Die Herausforderung für all diese Jäger unterirdischer Wanzen ist jedoch der Zugang. Hier kommt Lower Kane ins Spiel. „Höhlen bieten ein perfektes begehbares Fenster in die normalerweise verborgene Welt der mikrobiellen Aktivität“, sagt Diana Northup, eine Höhlenforscherin an der Universität von New Mexico. „Einige Forscher spekulieren, dass sich das Leben zuerst im Untergrund entwickelte und an die Oberfläche kam, als sich die Bedingungen verbesserten. Wenn dies zutrifft, könnten Untersuchungen von Mikroben unter der Oberfläche Hinweise auf die Natur einiger der frühesten Lebensformen der Erde liefern. “
Obwohl LowerKaneCave mir ein oder zwei blaue Flecken zugefügt hatte, waren meine Beschwerden nichts im Vergleich zu den kilometerlangen Bewegungen und Quetschungen, die erforderlich waren, um viele andere Sulfidhöhlen zu durchdringen. Die Zugänglichkeit war einer der Gründe, weshalb Lower Kane 1999 und seitdem jedes Jahr Annette Summers Engel anzog und es ihr und ihrem Team aus Geologen, Geochemikern und DNA-Experten ermöglichte, wissenschaftliche Geräte relativ einfach ein- und auszuschleppen. Ihre ersten Tests bestätigten schnell, dass Stephen Egemeier Recht hatte: Schwefelsäure, das Ergebnis der Reaktion von Schwefelwasserstoff mit Sauerstoff, fraß tatsächlich immer noch die Höhlenwände auf. Die faszinierendste Frage war, ob Lower Kanes Bakterienmatten den Säureangriff verstärkten. Da einige Bakterien Schwefelsäure als Abfallprodukte produzieren, schien dies durchaus möglich zu sein. Summers Engels Plan war es, die Frage aus verschiedenen Blickwinkeln anzugehen. Ein DNA-Test könnte zum Beispiel bestimmte Mikroben identifizieren. Andere Tests könnten feststellen, ob sich eine Mikrobe von Schwefel oder Eisen ernährte und ob sie gestresst war oder blühte.
Vorläufige Ergebnisse begeisterten die Forscher. „Als wir zum ersten Mal nach Lower Kane kamen“, sagt Summers Engel, „gingen wir natürlich davon aus, dass jede Matte hauptsächlich aus schwefeloxidierenden Mikroben besteht. Das schien vernünftig zu sein. Wir fanden stattdessen erstaunliche Komplexität. “Tatsächlich erwies sich jede Matte als so vielfältig wie ein Manhattan-Stadtblock. Es gab viele schwefelfressende Mikroben, die sich alle von den in den Quellen aufsteigenden Gasen ernährten. Aber es gab auch eine Mischung aus anderen Bakterien. Zum Beispiel ernährten sich einige, die Schwefel nicht bemerkten, von den Abfällen ihrer Nachbarn. Auch wurden die Käfer nicht nach dem Zufallsprinzip zusammengeworfen. Beispielsweise sammelten sich schwefelfressende Bakterien oben auf der Matte. Als gierige Sauerstoffkonsumenten brauchten sie die Luft an der Oberfläche der Quelle, um zu überleben. Methanproduzenten, die keinen Sauerstoff benötigen, waren vorhersehbar am Boden der Matte konzentriert.
Um herauszufinden, wie sich die Matten insgesamt auf die Höhle auswirken, entwickelten die Wissenschaftler einen Test eleganter Einfachheit, bei dem zwei Kunststoffrohre mit jeweils identischen Kalksteinspänen verwendet wurden. Das eine Maul war mit einem groben Plastiknetz bedeckt, so dass sowohl Mikroben als auch Wasser aus der Quelle hineinwirbeln konnten. Die andere war mit einer Membran bedeckt, die Wasser einließ, aber die Mikroben fernhielt. Nachdem beide Röhrchen im Frühjahr mehrere Monate untergetaucht waren, untersuchte das Team die Chips unter einem Mikroskop. Der Chip, der sowohl dem sauren Wasser als auch den Mikroben ausgesetzt war, war stärker entsteint und vernarbt als derjenige, der nur Wasser ausgesetzt war. Hier war der Beweis, dass säureproduzierende Mikroben die Entstehung der Höhle beschleunigten. "Es ist keine Frage, dass Mikroben der Säurechemie, die den Kalkstein auflöst, etwas hinzufügen", sagt Libby Stern, Geochemikerin an der Universität von Texas. "Ohne die Matten würde sich Lower Kane wahrscheinlich viel langsamer bilden."
Ein weiterer Fund war noch verlockender: Eine völlig neue Mikrobenart, die von der BrighamYoungUniversity-Biologin Megan Porter vorläufig identifiziert wurde. Der neue Organismus scheint in enger Beziehung zu Mikroben zu stehen, die an Tiefseequellen im Pazifik gefunden wurden, einem wahrscheinlichen Ausgangspunkt für die Entstehung von Leben. "Dies ist eine aufregende Entdeckung", sagt Porter, "weil dies impliziert, dass die in LowerKaneCave vorkommenden Stoffwechseltypen sehr alt sind." In unterirdischen Häfen wie Höhlen, Unterwasserlöchern und im Boden wären primitive Mikroben vor Vulkanexplosionen, Meteoritenbeschuss und intensiver ultravioletter Strahlung geschützt gewesen, die den Planeten in den Anfangsjahren so unwirtlich gemacht haben. In diesen uralten Zufluchtsorten, in die der Mensch gerade erst eingedrungen ist, entwickelte sich das Leben weit entfernt vom Sonnenlicht, oft unter extremen Bedingungen von Hitze und Säure. Kanes psychedelische Matten erinnern uns daran, wie außerordentlich vielfältig und robust die alten Pioniere der Erde gewesen sein müssen.
Aber der Horizont der Höhlenforschung reicht weit über unseren eigenen Planeten hinaus. Viele Astronomen und Geologen spekulieren, dass der Jupitermond Europa und der Mars jeweils Wasser- und Untergrundbedingungen aufweisen, die unseren eigenen ähneln. Wenn Mikroben hier unter rauen Bedingungen überleben können, warum nicht auch dort? "Unsere Arbeit in Höhlen hat die bekannten Grenzen des Lebens auf unserem eigenen Planeten erweitert", sagt Penny Boston. "Aber es ist auch eine großartige Generalprobe, um biologische Fundorte auf anderen Planeten zu untersuchen und unsere Vorstellungskraft zu stärken, um die 'Inner-Terrestrials' der Erde mit denen des Weltraums zu verbinden."
