Zac Cooper och Shelly Carpenter börjar borra nedanför Alaskas istunnel mot kryopeggen och dess salta minusvatten. Forskare är noga med att sterilisera sin utrustning för att undvika föroreningar från ovan jord. Den mest stränga av sådana tekniker kommer att behövas för att prova på liv på andra planeter. Kredit:Go Iwahana/University of Alaska, Fairbanks
På senare år har idén om liv på andra planeter har blivit mindre långsökt. NASA meddelade den 27 juni att de kommer att skicka ett fordon till Saturnus iskalla måne Titan, en himlakropp känd för att hysa ytsjöar av metan och ett istäckt hav av vatten, öka sin chans att försörja livet.
På jorden, forskare studerar de mest extrema miljöerna för att lära sig hur liv kan existera under helt andra miljöer, som på andra planeter. Ett team från University of Washington har studerat mikroberna som finns i "kryopegs, "fångade lager av sediment med vatten så salt att det förblir flytande vid temperaturer under fryspunkten, som kan likna miljöer på Mars eller andra planetariska kroppar längre bort från solen.
Vid det senaste AbSciCon-mötet i Bellevue, Washington, forskare presenterade DNA-sekvensering och relaterade resultat för att visa att saltlösningsprover från en kryopeg från Alaska som isolerats i tiotusentals år innehåller blomstrande bakteriesamhällen. Livsformerna liknar de som finns i flytande havsis och i saltvatten som rinner från glaciärer, men visa några unika mönster.
"Vi studerar riktigt gammalt havsvatten instängt i permafrost i upp till 50, 000 år, för att se hur dessa bakteriesamhällen har utvecklats över tiden, " sa huvudförfattaren Zachary Cooper, en UW doktorand i oceanografi.
Ett schema över studieplatsen, som består av en tunnel, utgrävdes från en massiv isbildning i permafrosten, och nås genom en smal vertikal öppning. Forskare borrar sedan under tunnelgolvet för att nå kryopeglagret med dess saltlösning (bottenstreckat område). Kredit:Shelly Carpenter/University of Washington
Kryopegs upptäcktes först av geologer i norra Alaska för decennier sedan. Denna fältplats i Utqiaġvik, tidigare känd som Barrow, grävdes ut på 1960-talet av den amerikanska arméns Cold Regions Research and Engineering Laboratory för att utforska stora kilar av sötvattensis som förekommer i permafrosten där. Under ytan samlades så småningom in saltlake från platsen på 2000-talet.
"De extrema förhållandena här är inte bara temperaturerna under noll, men också de mycket höga saltkoncentrationerna, sa Jody Deming, en UW professor i oceanografi som studerar mikrobiellt liv i Ishavet. "140 promille - 14 % - är mycket salt. I konserver skulle det stoppa mikrober från att göra någonting. Så det kan finnas en förutfattad mening om att mycket salt inte bör möjliggöra aktivt liv."
Det är inte helt känt hur kryopeg bildas. Forskare tror att lagren kan vara före detta kustlaguner som strandade under den senaste istiden, när regn förvandlades till snö och havet drog sig tillbaka. Fukt som avdunstat från den övergivna havsbotten täcktes sedan av permafrost, så det kvarvarande saltvatten fastnade under ett lager frusen jord.
Forskningsplatsen cirka 1 mil utanför Utqiagvik, Alaska, visas på ytan som en låda som sitter på en vidsträckt vit tundra. Detta är en av två kryopeg-platser som studeras över hela världen. Det är inte känt hur många av dessa funktioner som finns, men bevis tyder på att de är utbredda i platta arktiska kustområden. Kredit:Zac Cooper/University of Washington
Zac Cooper tar anteckningar inne i istunneln, med ljus från sin pannlampa. Teamet tillbringar fyra till åtta timmar långa skift inne i tunneln. En person får lyxen att sitta på en hink. Kredit:Shelly Carpenter/University of Washington
Tunneltaket är täckt av rimfrost, spiky ice crystals that form as moisture in the air solidifies in the minus 6 degrees C environment of the tunnel. The layers below are colder. Researchers leave presterilized pipes inserted in the floor for future access to the liquid layer below. Credit:Zac Cooper/University of Washington
To access the subsurface liquids, researchers climb about 12 feet down a ladder and then move carefully along a tunnel within the ice. The opening is just a single person wide and is not high enough to stand in, so researchers must crouch and work together to drill during the 4- to 8-hour shifts.
Deming describes it as "exhilarating" because of the possibility for discovery.
Samples collected in the spring of 2017 and 2018, geologically isolated for what researchers believe to be roughly 50, 000 år, contain genes from healthy communities of bacteria along with their viruses.
Oceanography graduate student Zac Cooper climbs down an icy ladder into the tunnel in May 2018. Researchers are harnessed to a rope for safety. Credit:Shelly Carpenter/University of Washington
"We're just discovering that there's a very robust microbial community, coevolving with viruses, in these ancient buried brines, " Cooper said. "We were quite startled at how dense the bacterial communities are."
The extreme environments on Earth may be similar to the oceans and ice of other planets, scientist believe.
"The dominant bacterium is Marinobacter, " Deming said. "The name alone tells us that it came from the ocean—even though it has been in the dark, buried in frozen permafrost for a very long time, it originally came from the marine environment."
Mars harbored an ocean of water in the past, and our solar system contains at least a half-dozen oceans on other planets and icy moons. Titan, the moon of Saturn that NASA will explore, is rich in various forms of ice. Studying life on Earth in frozen settings that may have similarities can prepare explorers for what kind of life to expect, and how to detect it.
