Respiradouros do fundo do mar podem conter pistas sobre a origem da vida

Pontos quentes da terra estimulam ideias alienígenas

As fontes hidrotermais expelem produtos químicos quentes no ambiente circundante. (Crédito da imagem: OAR / National Undersea Research Program (NURP), NOAA)

Esta é a Parte 5 de uma série de seis partes que conta a história dos esforços da humanidade para entender as origens da vida procurando por ela em ambientes extremos onde a vida prospera sem depender do sol como fonte de energia.

Ele segue uma expedição oceanográfica para Mid-Cayman Rise liderada por Chris German do Woods Hole Oceanographic Institution, e os esforços da NASA para planejar uma missão futura à lua de Júpiter, Europa. Ao compreender como a vida pode viver sem o sol, podemos descobrir como a vida começou em nosso planeta e se a Terra é ou não o único lugar no universo capaz de sustentar uma biosfera.



Enquanto observava a Flórida se afastar, os pensamentos sobre a jornada para trás e a que estava diante de Chris German encheram uma mente esperançosa.

'Grande alegria', disse German, refletindo sobre sua perspectiva no início da expedição. 'O mistério [da existência dos locais de ventilação hidrotermal] já havia sido removido pelas expedições de 2009 e 2011, então sabíamos exatamente para onde ir, eu tinha o melhor kit do planeta para provar no ROV Jason, e no meu Equipe NASA / NSF Eu reuni alguns dos melhores especialistas do mundo, que também se tornaram meus amigos ao longo do caminho, para tirar e experimentar o site. Não poderia ficar muito melhor. ' [ Galeria: Creatures of Deep-Sea Vents ]

Explorando o fundo do mar

Esta viagem para o Aumento do Mid-Cayman (MCR) foi planejado para durar 22 dias. Em 28 anos de exploração, desde que começou seus estudos de doutorado na Universidade de Cambridge, German passou cerca de 1.000 dias no mar, quase no mesmo nível de um oceanógrafo moderno.

É uma vida de descoberta e aventura, mas também exige sacrifícios; enquanto estava no mar, ele perdeu o aniversário de sua esposa (duas vezes), o aniversário de 18 anos de seu filho mais velho Martin e o aniversário de 16 anos de sua filha Helen (enquanto em O antártico )

Agora, no navio Atlantis, avançando sobre a amostragem potencialmente mais significativa de respiradouro hidrotermal locais no planeta, German esperava que verdadeiras descobertas estivessem esperando pela equipe em algum lugar a cerca de 400 milhas (644 quilômetros) ao sul de Havana.

Além de obter leituras de temperatura, amostras biológicas e fotos em close das aberturas, German e seus colegas queriam estudar o MCR para saber o que ele pode nos dizer sobre a história da Terra. Como o MCR é uma crista que se espalha por ultra-lento, ele atua de maneira diferente de suas contrapartes mais rápidas. Normalmente as rochas envelhecem quanto mais longe você vai do centro de expansão de uma dorsal meso-oceânica. Isso ocorre porque o novo fundo do mar está sendo criado pela erupção do magma e, em seguida, resfriando e se moldando junto com o antigo fundo do mar circundante.

Mas em cristas de propagação ultraslow, a taxa de geração de magma nem sempre acompanha a taxa na qual placas tectônicas estão sendo separados por processos de subducção. Esses processos podem estar próximos ou a muitos milhares de quilômetros de distância na extremidade da placa, onde seções mais antigas, mais frias e mais densas da crosta oceânica afundam de volta no manto subjacente.

Ao longo das principais seções do MCR, esse movimento das placas tectônicas se assemelha a uma condição que você pode encontrar na sua estante. Imagine remover um suporte de livro para permitir que uma fileira de livros se incline para os lados. A face superior da capa de um livro que desliza para cima e aparece é como a rocha que se formou nas profundezas do fundo do mar, mas agora deslizou para ser exposta no fundo do mar, onde as interações água do mar-rocha podem dar origem a sistemas hidrotermais incomuns.

É importante ressaltar que, embora essas rochas tenham se formado relativamente recentemente no tempo geológico, elas se assemelham muito às composições das lavas que costumavam irromper no fundo do mar durante os primeiros 2 bilhões a 2,5 bilhões de anos de história da Terra. Aqui encontramos um sistema no mundo moderno que pode estar muito próximo de como eram os sistemas hidrotérmicos durante a breve, mas lendária vida de nosso bom amigo, a Forma de Vida na Terra nº 1. [ 7 teorias sobre a origem da vida ]

O veículo operado remotamente (ROV) Jason retorna de um mergulho para uma abertura em alto mar.

O veículo operado remotamente (ROV) Jason retorna de um mergulho para uma abertura em alto mar.(Crédito da imagem: WHOI)

Robôs lideram o caminho

Às 21h45 em 8 de janeiro, Atlantis chegou ao seu destino acima de uma fonte hidrotermal chamada Von Damm, que recebeu o nome da falecida geoquímica Karen Von Damm. Após 2 1/2 dias em trânsito, o navio balançou nas ondas calmas, mantendo-se relativamente estacionário com o uso de um propulsor de proa e hélices de popa, uma vez que suas âncoras não conseguiam alcançar o fundo do mar, 7.500 pés (2.286 metros) abaixo.

No convés, sob dois guindastes de 42.000 libras (19.051 kg) de capacidade, estava o Veículo Operado Remotamente (ROV) Jason, que recebeu o nome de um antigo herói mitológico grego famoso por liderar um grupo de aventureiros chamados Argonautas. Jason é o navio de pesquisa acadêmica dos EUA mais capaz que vagueia pelos mares hoje, capaz de alcançar 99 por cento do fundo do mar do mundo em profundidades de até 21.000 pés (6.400 m).

O veículo também é quase infatigável. Pode funcionar 24 horas por dia com a ajuda de um piloto, navegador, engenheiro e três cientistas. Isso significa que equipes de seis rodam em turnos de quatro horas, permitindo que Jason permaneça submerso por muitos dias para obter imagens, observações e amostragens contínuas.

Amarrado a Jason está seu veículo parceiro Medeia, que serve como uma espécie de amortecedor para o herói grego. Todos os puxões na linha de Atlantis são transferidos para Medeia, que mantém folga suficiente no cabo de fibra óptica para permitir que Jason vagueie dentro de 115 pés (35 m) de Medeia. (Na mitologia grega, Medéia era a esposa de Jasão.)

Chris German é grato por seus ajudantes robóticos e seus vigilantes humanos. Ele depende muito da equipe de engenharia para ajustes em tempo real do plano de mergulho e solução de problemas dos veículos Jason / Medea. Sem a atenção constante da equipe para o robôs , fotos de respiradouros, amostras de vermes tubulares e mapeamento de perto do fundo do mar por sonar não seriam possíveis.

Ele se lembra de um ditado do capitão Dale de sua expedição de 2009, que disse: 'Robôs são como cães: eles farão o seu melhor, mas nenhum deles é melhor do que a pessoa que os treinou.' [ 7 robôs úteis que você pode comprar agora mesmo ]

O submarino robótico Jason amostrando uma pluma hidrotérmica.

O submarino robótico Jason amostrando uma pluma hidrotérmica.(Crédito da imagem: WHOI)

No fundo do oceano

No dia seguinte, a equipe de engenharia estava com Jason pronto para partir ao meio-dia, mas algumas dificuldades técnicas atrasaram o mergulho inaugural em algumas horas. Às 16h30, Jason estava no fundo do oceano com todos os sistemas funcionando. Suas primeiras fotos das profundezas foram de afloramentos rochosos desgastados pelo clima, alguns peixes e camarões, mexilhões e vermes tubulares.

Os dados foram exibidos em uma van de operações, um vagão de carga móvel com telas e monitores de instrumentos para monitorar o progresso de Jason, que compartilhava o convés do Atlantis com uma série de equipamentos. Usando seus braços manipuladores, Jason coletou cinco vermes tubulares, um molusco e um pepino-do-mar.

As equipes científicas começaram a trabalhar em turnos ininterruptos. Vinte e três pessoas de nove instituições em três países formaram sete equipes científicas. Havia a Equipe de Carbono, composta por Max Coleman e Sarah Bennett do Laboratório de Propulsão a Jato da NASA em Pasadena, Califórnia. Eles queriam rastrear o estado do carbono conforme ele sai do sites de vento e como ele é alterado na cadeia alimentar.

'Estamos observando todo o ciclo do carbono, desde a produção abiótica de carbono no interior da crosta até a produção de carbono biótico por meio da quimiossíntese', disse Bennett. 'Se sistemas hidrotérmicos existissem em Europa, estudos como este podem nos ajudar a calcular a biomassa que pode existir.' [ Extremófilos: a vida mais estranha do mundo ]

Quase tudo parece girar em torno do carbono. É um elemento orgânico, então os biólogos o estudam porque ele diz algo sobre como a vida evoluiu ali. Ele pode ser preservado em rochas, então os geólogos querem medi-lo para descobrir a idade de suas amostras. Ele é expelido de aberturas superaquecidas, então os químicos querem saber com o que ele se mistura.

É por isso que Coleman e Bennett também fazem parte de cada uma das outras equipes - as equipes de Plume, Biologia, Geologia, Fluidos e Microbiologia - a fim de obter uma visão geral de todas as coisas de carbono dentro e ao redor dos sistemas de ventilação.

Depois que o primeiro mergulho de Jason foi declarado um sucesso, a tripulação do Atlantis trouxe o ROV de volta à superfície. Prendendo Jason e Medea no convés e distribuindo amostras entre as ansiosas equipes de ciência, Atlantis foi para o segundo alvo, chamado de respiradouro Piccard (em homenagem ao falecido explorador submarino Jacques Piccard), a apenas duas horas de cruzeiro de distância.

Várias vistas de um sistema de ventilação em alto mar, visto pelo submersível robótico Jason.

Várias vistas de um sistema de ventilação em alto mar, visto pelo submersível robótico Jason.(Crédito da imagem: WHOI)

Lutando com 'criptonita'

No momento em que Jason submergiu para seu décimo e último mergulho da expedição, Chris German e sua equipe já podiam declarar esta missão um sucesso. A equipe havia retornado ao local de Von Damm para uma olhada final nas rochas ao redor do sistema hidrotérmico.

Na van de operações a bordo do Atlantis, a equipe de geologia - Guy Evans e Frieder Klein de Woods Hole e Matt Hodgkinson da Universidade de Southampton, no Reino Unido - observaram. A menos que você tenha as rochas certas produzindo a química certa, você não obterá a condições de vida , independentemente do planeta em que você esteja. (Pelo menos na medida em que a conhecemos.)

'Existem algumas condições que você precisa entender ao pensar sobre o origem da vida ', Disse Klein. 'Os principais componentes são pH, concentração de hidrogênio, metano, CO2, e temperatura, que tentamos restringir usando o registro de rocha. '

Um afloramento rochoso particularmente interessante ao norte do local da ventilação apareceu nas telas por volta das 21h00. O piloto de ROV estendeu os braços robóticos de Jason para agarrar a rocha e puxar. A rocha não se mexeu. Ele tentou novamente, manobrando os braços de Jason para tentar um ângulo diferente. Ainda assim, nada se moveu. Depois de uma luta de uma hora e com mais biologia e amostras de fluidos para coletar, Chris German cancelou o ataque. A equipe apelidou o afloramento de 'criptonita'.

Às 4h00, Jason e Medeia ainda estavam trabalhando e Evans, Klein e Hodgkinson voltaram para a van de operações para retomar a caça às rochas após um breve descanso. Às 6:00 da manhã, Jason voltou à área onde havia lutado com a 'criptonita'. Um afloramento quase idêntico mais uma vez encheu as telas e a equipe retomou o ataque. Trinta minutos depois, a força de Jason ainda não era páreo para a rocha. Faltando mais 30 minutos para o mergulho final da equipe, a equipe de geologia decidiu procurar uma amostra mais flexível.

Até agora, amostras de rochas do manto - o antigo fundo do mar que se pensava ter sido arrastado pela placa tectônica deslizante-livro-na-estante nesta crista de espalhamento ultraslow - não foram coletadas. Se encontradas, essas rochas ajudariam a contar a história do início do fundo do oceano e, potencialmente, do ambiente em torno da gênese original da vida. A equipe de geologia se perguntou se Jason estava lutando com uma pista primordial.

Vermes tubulares coletados de um sistema de ventilação em alto mar pelo veículo operado remotamente Jason.

Vermes tubulares coletados de um sistema de ventilação em alto mar pelo veículo operado remotamente Jason.(Crédito da imagem: WHOI)

Quinze minutos antes do final do mergulho, a equipe encontrou um terceiro afloramento, que era semelhante em composição, mas um pouco mais desgastado do que os dois anteriores. Eles decidiram deixar seu amigo robótico se envolver em uma briga de pedra final.

Com três minutos restantes no relógio, Jason, líder dos Argonautas, soltou um pedaço da 'criptonita' do tamanho de um prato de peru no Dia de Ação de Graças.

De volta ao convés, não parecia ser criptonita, mas basalto. Basalto duro, resistente e em camadas - uma forma comum de depósito vulcânico no fundo do mar. Interessante, mas não a pista que procuravam.

Talvez as tão procuradas rochas do manto estivessem cobertas de sedimentos. Talvez eles não estivessem lá, afinal. Ou talvez eles ainda estivessem enterrados no fundo do mar, rasos o suficiente para interagir com a água do mar circulante, mas não expostos no fundo do mar. Isso, junto com um fluxo contínuo de questões não resolvidas refletindo a eterna curiosidade e resiliência do espírito humano, caberá a futuros exploradores para a batalha.

Esta história foi fornecida por Revista Astrobiologia , uma publicação baseada na web patrocinada pela NASA programa de astrobiologia . Siga SPACE.com no Twitter @Spacedotcom . Também estamos Facebook E Google+ .