Knappt levande "zombie"-bakterier och andra former av liv utgör en enorm mängd kol djupt inne i jordens underyta - 245 till 385 gånger större än kolmassan för alla människor på ytan, enligt forskare som närmar sig slutet av ett 10-årigt internationellt samarbete för att avslöja jordens innersta hemligheter.

På tröskeln till American Geophysical Unions årsmöte, forskare med Deep Carbon Observatory rapporterade idag flera transformationsupptäckter, inklusive hur mycket och vilka slags liv som finns i den djupa underytan under de största extremerna av press, temperatur, och låg näringstillgång.

Borrar 2,5 kilometer ner i havsbotten, och provtagning av mikrober från kontinentala gruvor och borrhål som är mer än 5 km djupa, forskare har använt resultaten för att konstruera modeller av ekosystemet djupt inne i planeten.

Med insikter från nu hundratals platser under kontinenter och hav, de har uppskattat storleken på den djupa biosfären – 2 till 2,3 miljarder kubikkilometer (nästan dubbelt så mycket som alla hav) – såväl som kolmassan av djupa liv:15 till 23 miljarder ton (i genomsnitt minst 7,5 ton av kol per kubikmeter under ytan).

Arbetet hjälper också till att bestämma typer av utomjordiska miljöer som kan stödja liv.

Bland många viktiga upptäckter och insikter:

• Den djupa biosfären utgör en värld som kan ses som ett slags "underjordiska Galapagos" och inkluderar medlemmar av livets alla tre domäner:bakterier och arkéer (mikrober utan membranbunden kärna), och eukarya (mikrober eller flercelliga organismer med celler som innehåller en kärna såväl som membranbundna organeller)
• Två typer av mikrober – bakterier och arkéer – dominerar Deep Earth. Bland dem finns miljontals olika typer, det mesta som ännu inte har upptäckts eller karakteriserats. Denna så kallade mikrobiella "mörk materia" utökar dramatiskt vårt perspektiv på livets träd. Deep Life-forskare säger att cirka 70 % av jordens bakterier och arkéer lever i underytan
• Djupa mikrober skiljer sig ofta mycket från sina kusiner på ytan, med livscykler på nära geologiska tidsskalor, äta i vissa fall på inget annat än energi från stenar
• Den genetiska mångfalden av liv under ytan är jämförbar med eller överstiger den ovanför ytan
• Medan mikrobiella samhällen under ytan skiljer sig mycket mellan miljöer, vissa släkten och högre taxonomiska grupper är allestädes närvarande - de visas över hela planeten
• Mikrobiell gemenskaps rikedom relaterar till åldern för marina sediment där celler finns - vilket tyder på att i äldre sediment, matenergin har minskat med tiden, minska det mikrobiella samhället
• De absoluta gränserna för liv på jorden i termer av temperatur, tryck, och energitillgång har ännu inte hittats. Rekorden slås hela tiden. En föregångare för jordens hetaste organism i naturen är Geogemma barossii, en encellig organism som trivs i hydrotermiska ventiler på havsbotten. Dess celler, små mikroskopiska sfärer, växa och replikera vid 121 grader Celsius (21 grader varmare än vattnets kokpunkt). Mikrobiellt liv kan överleva upp till 122 ° C, rekordet som uppnåtts i en labbkultur (som jämförelse, den rekordvarigaste platsen på jordens yta, i en obebodd iransk öken, är cirka 71°C—temperaturen på välstekt biff)
• Rekorddjupet där liv har hittats i den kontinentala underytan är cirka 5 km; rekordet i marina vatten är 10,5 km från havsytan, ett djup av extremt tryck; på 4000 meters djup, till exempel, trycket är cirka 400 gånger högre än vid havsnivån
• Forskare har en bättre förståelse för inverkan på livet i underjordiska platser som manipuleras av människor (t.ex. brutna skiffer, kolavskiljning och lagring)

Ständigt ökande noggrannhet och de sjunkande kostnaderna för DNA-sekvensering, kombinerat med genombrott inom djuphavsborrningsteknik (pionjär på det japanska forskarfartyget Chikyu, designad för att slutligen borra långt under havsbotten i några av planetens mest seismiskt aktiva regioner) gjorde det möjligt för forskare att ta sin första detaljerade titt på sammansättningen av den djupa biosfären.

Det finns jämförbara ansträngningar att borra allt djupare under kontinentala miljöer, med hjälp av provtagningsanordningar som upprätthåller trycket för att bevara mikrobiellt liv (ingen antas utgöra något hot eller fördel för människors hälsa).

För att uppskatta den totala massan av jordens subkontinentala djupa liv, till exempel, forskare sammanställde data om cellkoncentration och mikrobiell mångfald från platser runt om i världen.

Leds av Cara Magnabosco från Flatiron Institute Center for Computational Biology, New York, och ett internationellt team av forskare, forskare under ytan tog hänsyn till en rad överväganden, inklusive globalt värmeflöde, yttemperatur, djup och litologi – de fysiska egenskaperna hos stenar på varje plats – för att uppskatta att den kontinentala underytan är värd för 2 till 6 × 10^29 celler.

I kombination med uppskattningar av livet under ytan under haven, Den totala globala biomassan från Deep Earth är cirka 15 till 23 petagram (15 till 23 miljarder ton) kol.

Säger Mitch Sogin från Marine Biological Laboratory Woods Hole, USA, medordförande för DCO:s Deep Life-gemenskap med mer än 300 forskare i 34 länder:"Att utforska den djupa underytan är besläktad med att utforska Amazonas regnskog. Det finns liv överallt, och överallt finns det ett imponerande överflöd av oväntade och ovanliga organismer.

"Molekylära studier ökar sannolikheten för att mikrobiell mörk materia är mycket mer mångsidig än vad vi för närvarande vet att den är, och de djupaste förgreningslinjerna utmanar det tredomänkoncept som introducerades av Carl Woese 1977. Kanske närmar vi oss ett nexus där de tidigaste möjliga förgreningsmönstren kan vara tillgängliga genom djupgående livsutredningar.

"Tio år sedan, vi visste mycket mindre om fysiologierna hos bakterierna och mikroberna som dominerar biosfären under ytan, säger Karen Lloyd, University of Tennessee i Knoxville, USA. "I dag, vi vet det, på många ställen, de investerar det mesta av sin energi på att helt enkelt behålla sin existens och lite på att växa, vilket är ett fascinerande sätt att leva.

"Också idag vi vet att liv under ytan är vanligt. Tio år sedan, vi hade bara provat ett fåtal platser – de typer av platser vi förväntar oss att hitta liv. Nu, tack vare ultradjup provtagning, vi vet att vi kan hitta dem i stort sett överallt, även om provtagningen uppenbarligen bara har nått en oändligt liten del av den djupa biosfären. "

"Våra studier av mikrober i djupa biosfärer har producerat mycket ny kunskap, men också en insikt och mycket större uppskattning av hur mycket vi ännu inte har att lära oss om livet under ytan, " säger Rick Colwell, Oregon State University, USA. "Till exempel, forskarna känner ännu inte till alla sätt på vilka djupt underjordiskt liv påverkar ytliv och vice versa. Och, tills vidare, vi kan bara förundras över ämnesomsättningarnas natur som gör att livet kan överleva under de extremt fattiga och förbjudande förhållandena för liv i den djupa jorden."

Bland de många återstående gåtorna om djupt liv på jorden:

Rörelse: Hur sprids djupt liv — lateralt genom sprickor i stenar? Upp, ner? Hur kan det djupa livet vara så lika i Sydafrika och Seattle, Washington? Hade de liknande ursprung och var åtskilda av plattektonik, till exempel? Eller flyttar samhällena själva? Vilka roller spelar stora geologiska händelser (som plattektonik, jordbävningar; skapandet av stora magmatiska provinser; meteoritiska bombardemang) spelar i djupa livsrörelser?

Ursprung: Började livet djupt i jorden (antingen i jordskorpan, nära hydrotermiska ventiler, eller i subduktionszoner) och migrera sedan upp, mot solen? Eller började livet i en varm liten ytdamm och vandrade ner? Hur reproducerar mikrobiella zombies under ytan, eller leva utan att dela i miljoner till tiotals miljoner år?

Energi: är metan, väte, eller naturlig strålning (från uran och andra grundämnen) den viktigaste energikällan för djupt liv? Vilka källor till djup energi är viktigast i olika miljöer? Hur gör frånvaron av näringsämnen, och extrema temperaturer och tryck, påverka mikrobiell distribution och mångfald i underjorden?

"Upptäckter angående arten och omfattningen av den djupa mikrobiella biosfären hör till kronan på Deep Carbon Observatory. Deep life-forskare har öppnat våra ögon för anmärkningsvärda vyer - framväxande livsåskådningar som vi aldrig visste existerade." säger Robert Hazen, senior forskare, Geofysiskt laboratorium, Carnegie Institute for Science, och DCO verkställande direktör.

"De är inte julprydnader, men de små bollarna och glitter av det djupa livet ser ut att de skulle kunna dekorera ett träd såväl som Swarovski-glas. Varför skulle naturen göra djupt liv vackert när det inte finns något ljus, inga speglar?" säger Jesse Ausubel från Rockefeller University, en grundare av DCO.