ดินบนสันหินในทวีปแอนตาร์กติกาตอนกลางไม่เคยมีจุลินทรีย์อยู่เลย
เป็นครั้งแรกที่นักวิทยาศาสตร์ค้นพบว่าดูเหมือนจะไม่มีสิ่งมีชีวิตอยู่บนดินบนพื้นผิวโลก ดินเหล่านี้มาจากสันเขาหินสองสันที่ถูกลมพัดแรงในทวีปแอนตาร์กติกา ห่างจากขั้วโลกใต้ 300 ไมล์ ซึ่งน้ำแข็งหนาหลายพันฟุตแทรกซึมเข้าไปในภูเขา
“ผู้คนมักคิดว่าจุลินทรีย์มีความทนทานและสามารถอาศัยอยู่ได้ทุกที่” โนอาห์ ไฟร์เรอร์ นักนิเวศวิทยาจุลินทรีย์จากมหาวิทยาลัยโคโลราโด โบลเดอร์ ซึ่งทีมวิจัยดินของเขากล่าว ท้ายที่สุดแล้ว สิ่งมีชีวิตเซลล์เดียวถูกค้นพบว่าอาศัยอยู่ในปล่องน้ำพุร้อนที่มีอุณหภูมิสูงกว่า 200 องศาฟาเรนไฮต์ ในทะเลสาบใต้ชั้นน้ำแข็งหนาครึ่งไมล์ในแอนตาร์กติกา และแม้กระทั่งที่ระดับความสูง 120,000 ฟุตเหนือชั้นสตราโตสเฟียร์ของโลก แต่หลังจากทำงานมาหนึ่งปี เฟอร์เรอร์และนิโคลัส ดราก้อน นักศึกษาปริญญาเอกของเขายังคงไม่พบสัญญาณของสิ่งมีชีวิตใดๆ ในดินแอนตาร์กติกาที่พวกเขาเก็บรวบรวมไว้
ไฟร์เรอร์และดรากอนศึกษาดินจากเทือกเขา 11 แห่ง ซึ่งแสดงถึงสภาพดินที่หลากหลาย ดินที่มาจากพื้นที่ภูเขาที่ต่ำกว่าและต่ำกว่าซึ่งมีอากาศหนาวเย็นจะมีแบคทีเรียและเชื้อราอยู่ แต่ในภูเขาบางแห่งของเทือกเขาที่สูงที่สุด แห้งแล้งที่สุด และหนาวเย็นที่สุดสองแห่ง กลับไม่พบร่องรอยของสิ่งมีชีวิต
“เราไม่สามารถพูดได้ว่าพวกมันปลอดเชื้อ” เฟอร์เรอร์กล่าว นักจุลชีววิทยาคุ้นเคยกับการพบเซลล์นับล้านเซลล์ในดินหนึ่งช้อนชา ดังนั้น จำนวนเซลล์ที่น้อยมาก (เช่น เซลล์ที่มีชีวิต 100 เซลล์) อาจหลุดรอดการตรวจจับได้ “แต่เท่าที่เรารู้ พวกมันไม่มีจุลินทรีย์ใดๆ เลย”
ไม่ว่าดินบางแห่งจะปราศจากสิ่งมีชีวิตอย่างแท้จริง หรือภายหลังค้นพบว่ามีเซลล์บางชนิดที่ยังมีชีวิตอยู่ การค้นพบใหม่ที่เพิ่งตีพิมพ์ในวารสาร JGR Biogeosciences อาจช่วยในการค้นหาสิ่งมีชีวิตบนดาวอังคารได้ ดินแอนตาร์กติกถูกแช่แข็งอย่างถาวร เต็มไปด้วยเกลือที่เป็นพิษ และไม่มีน้ำเหลวมากนักเป็นเวลาสองล้านปี คล้ายกับดินบนดาวอังคาร
ธารน้ำแข็งเหล่านี้ถูกเก็บรวบรวมระหว่างการสำรวจที่ได้รับทุนสนับสนุนจากมูลนิธิวิทยาศาสตร์แห่งชาติในเดือนมกราคม พ.ศ. 2561 ไปยังพื้นที่ห่างไกลของเทือกเขาทรานส์แอนตาร์กติก ธารน้ำแข็งเหล่านี้เดินทางผ่านภายในทวีป แยกที่ราบสูงขั้วโลกทางตะวันออกออกจากน้ำแข็งที่อยู่ต่ำทางตะวันตก นักวิทยาศาสตร์ตั้งค่ายพักบนธารน้ำแข็งแชคเคิลตัน ซึ่งเป็นสายพานลำเลียงน้ำแข็งยาว 60 ไมล์ที่ไหลลงสู่หุบเหวในภูเขา พวกเขาใช้เฮลิคอปเตอร์บินขึ้นไปยังที่สูงและเก็บตัวอย่างน้ำแข็งขึ้นและลงตามธารน้ำแข็ง
บนภูเขาอันอบอุ่นและชื้นแฉะ ณ เชิงธารน้ำแข็ง เหนือระดับน้ำทะเลเพียงไม่กี่ร้อยฟุต พวกเขาค้นพบว่าดินแห่งนี้เป็นที่อยู่อาศัยของสัตว์ขนาดเล็กกว่าเมล็ดงา ได้แก่ ไส้เดือนขนาดเล็ก ทาร์ดิเกรดแปดขา โรติเฟอร์ และหนอนตัวจิ๋วที่เรียกว่าสปริงเทล แมลงมีปีก ดินทรายที่โล่งเตียนเหล่านี้มีแบคทีเรียน้อยกว่าหนึ่งในพันของปริมาณที่พบในสนามหญ้าที่ได้รับการดูแลอย่างดี ซึ่งเพียงพอที่จะเป็นอาหารให้กับสัตว์กินพืชขนาดเล็กที่แฝงตัวอยู่ใต้พื้นดิน
แต่สัญญาณแห่งชีวิตเหล่านี้ค่อยๆ หายไปเมื่อทีมเดินทางไปเยือนภูเขาสูงที่ลึกเข้าไปในธารน้ำแข็ง บนยอดธารน้ำแข็ง พวกเขาได้ไปเยือนภูเขาสองลูก คือ ภูเขาชโรเดอร์และภูเขาโรเบิร์ตส์ ซึ่งมีความสูงกว่า 7,000 ฟุต
การไปเยือนภูเขาชโรเดอร์นั้นโหดร้ายมาก ไบรอน อดัมส์ นักชีววิทยาจากมหาวิทยาลัยบริกแฮมยัง ในเมืองโพรโว รัฐยูทาห์ ผู้นำโครงการเล่าว่า อุณหภูมิในวันฤดูร้อนนี้เกือบ 0°F ลมกระโชกแรงค่อยๆ ระเหยน้ำแข็งและหิมะ ทิ้งให้ภูเขาโล่งเตียน คุกคามการยกและขว้างพลั่วสวนที่พวกเขานำมาขุดทรายขึ้นมาอย่างต่อเนื่อง พื้นดินปกคลุมไปด้วยหินภูเขาไฟสีแดงที่ถูกกัดเซาะมานานหลายร้อยล้านปีด้วยลมและฝน ทำให้หินเหล่านี้เป็นหลุมเป็นบ่อและขัดเงา
เมื่อนักวิทยาศาสตร์ยกหินขึ้น พวกเขาพบว่าฐานของมันถูกปกคลุมด้วยเปลือกของเกลือสีขาว ซึ่งเป็นผลึกพิษของเปอร์คลอเรต คลอเรต และไนเตรต เปอร์คลอเรตและคลอเรต ซึ่งเป็นเกลือที่มีฤทธิ์กัดกร่อนซึ่งใช้ในเชื้อเพลิงจรวดและสารฟอกขาวในอุตสาหกรรม ก็พบอยู่มากมายบนพื้นผิวของดาวอังคารเช่นกัน เมื่อไม่มีน้ำให้ชะล้างออกไป เกลือจึงสะสมตัวอยู่บนภูเขาแอนตาร์กติกที่แห้งแล้งเหล่านี้
“มันเหมือนกับการเก็บตัวอย่างบนดาวอังคารเลย” อดัมส์กล่าว เมื่อคุณเอาพลั่วจิ้มลงไป “คุณจะรู้ว่าคุณเป็นคนแรกที่จะรบกวนดินไปตลอดกาล—อาจจะหลายล้านปีก็ได้”
นักวิจัยแนะนำว่าแม้ในพื้นที่สูงและสภาพแวดล้อมที่เลวร้ายที่สุด พวกเขาก็ยังคงพบจุลินทรีย์ที่ยังมีชีวิตอยู่ในดิน แต่ความคาดหวังเหล่านั้นเริ่มเลือนหายไปในช่วงปลายปี 2561 เมื่อ Dragon ใช้เทคนิคที่เรียกว่าปฏิกิริยาลูกโซ่โพลีเมอเรส (PCR) เพื่อตรวจหาดีเอ็นเอของจุลินทรีย์ในดิน Dragon ทดสอบตัวอย่าง 204 ตัวอย่างจากภูเขาทั้งเหนือและใต้ธารน้ำแข็ง ตัวอย่างจากภูเขาที่ต่ำกว่าและเย็นกว่าให้ดีเอ็นเอจำนวนมาก แต่ตัวอย่างส่วนใหญ่ (20%) จากพื้นที่สูง รวมถึงส่วนใหญ่จากภูเขา Schroeder และ Roberts Massif ไม่ได้ถูกนำไปทดสอบเพื่อผลลัพธ์ใดๆ ซึ่งบ่งชี้ว่ามีจุลินทรีย์อยู่น้อยมากหรืออาจไม่มีเลย
“ตอนที่เขาเริ่มแสดงผลการทดลองให้ผมดูครั้งแรก ผมคิดว่า ‘มีอะไรผิดปกติ’” เฟอร์เรลล์กล่าว เขาคิดว่าต้องมีอะไรผิดปกติกับตัวอย่างหรืออุปกรณ์ในห้องทดลอง
จากนั้นดราก้อนได้ทำการทดลองเพิ่มเติมหลายชุดเพื่อค้นหาสัญญาณของสิ่งมีชีวิต เขาใช้กลูโคสในดินเพื่อดูว่าสิ่งมีชีวิตบางชนิดในดินเปลี่ยนดินเป็นคาร์บอนไดออกไซด์หรือไม่ เขาพยายามค้นพบสารเคมีที่เรียกว่า ATP ซึ่งสิ่งมีชีวิตทุกชนิดบนโลกใช้ในการกักเก็บพลังงาน เป็นเวลาหลายเดือนที่เขาเพาะดินในส่วนผสมของสารอาหารต่างๆ เพื่อพยายามโน้มน้าวให้จุลินทรีย์ที่มีอยู่เติบโตเป็นอาณานิคม
“นิคโยนอ่างล้างจานใส่ตัวอย่างพวกนี้” เฟอร์เรลล์กล่าว แม้จะทดสอบไปหลายรอบแล้ว เขาก็ยังไม่พบอะไรในดินบางประเภทเลย “มันน่าทึ่งจริงๆ”
แจ็กเกอลีน กูร์เดียล นักจุลชีววิทยาสิ่งแวดล้อมจากมหาวิทยาลัยเกลฟ์ ประเทศแคนาดา เรียกผลการวิจัยนี้ว่า “น่าสนใจ” โดยเฉพาะอย่างยิ่งความพยายามของดราก้อนในการวิเคราะห์ปัจจัยที่มีอิทธิพลต่อความเป็นไปได้ในการพบจุลินทรีย์ในพื้นที่ที่กำหนด เขาพบว่าระดับความสูงและความเข้มข้นของคลอเรตสูงเป็นตัวทำนายที่เด่นชัดที่สุดว่าการตรวจจับสิ่งมีชีวิตล้มเหลว “นี่เป็นการค้นพบที่น่าสนใจมาก” กู๊ดเยียร์กล่าว “สิ่งนี้บอกเราได้มากมายเกี่ยวกับขีดจำกัดของสิ่งมีชีวิตบนโลก”
เธอไม่ค่อยจะเชื่อนักว่าดินของพวกเขาไม่มีชีวิตชีวาจริงๆ ส่วนหนึ่งเป็นเพราะประสบการณ์ของเธอเองในส่วนอื่นของทวีปแอนตาร์กติกา
หลายปีก่อน เธอได้ศึกษาดินจากสภาพแวดล้อมที่คล้ายคลึงกันในเทือกเขาทรานส์แอนตาร์กติก ซึ่งอยู่ห่างจากธารน้ำแข็งแชคเคิลตันไปทางตะวันตกเฉียงเหนือ 500 ไมล์ เรียกว่าหุบเขามหาวิทยาลัย ซึ่งอาจไม่มีความชื้นหรืออุณหภูมิละลายที่สำคัญมาเป็นเวลา 120,000 ปี เมื่อเธอบ่มดินไว้ที่อุณหภูมิ 23°F ซึ่งเป็นอุณหภูมิฤดูร้อนทั่วไปในหุบเขาเป็นเวลา 20 เดือน ดินก็ไม่แสดงสัญญาณของการมีชีวิต แต่เมื่อเธอให้ความร้อนตัวอย่างดินที่อุณหภูมิสูงกว่าจุดเยือกแข็งเล็กน้อย พบว่าดินบางส่วนมีการเจริญเติบโตของแบคทีเรีย
ยกตัวอย่างเช่น นักวิทยาศาสตร์ค้นพบว่าเซลล์แบคทีเรียยังคงมีชีวิตอยู่แม้ในธารน้ำแข็งมานานหลายพันปี เมื่อเซลล์แบคทีเรียถูกกักขังไว้ การเผาผลาญของเซลล์จะช้าลงเป็นล้านเท่า เซลล์จะเข้าสู่สภาวะที่ไม่เจริญเติบโตอีกต่อไป แต่เพียงซ่อมแซมความเสียหายของดีเอ็นเอที่เกิดจากรังสีคอสมิกที่ทะลุผ่านน้ำแข็ง กู๊ดเยียร์สันนิษฐานว่า "สิ่งมีชีวิตที่รอดชีวิตช้า" เหล่านี้อาจเป็นสิ่งมีชีวิตที่เธอพบในหุบเขาคอลเลจ เธอสงสัยว่าหากดรากอนและไฟร์เรอร์วิเคราะห์ดินมากกว่านี้ 10 เท่า พวกเขาอาจพบพวกมันในเทือกเขาโรเบิร์ตส์แมสซิฟหรือเทือกเขาชโรเดอร์
เบรนท์ คริสต์เนอร์ ผู้ศึกษาจุลินทรีย์ในแอนตาร์กติกาที่มหาวิทยาลัยฟลอริดาในเมืองเกนส์วิลล์ เชื่อว่าดินที่แห้งแล้งในที่สูงเหล่านี้อาจช่วยปรับปรุงการค้นหาสิ่งมีชีวิตบนดาวอังคารได้
เขาตั้งข้อสังเกตว่ายานอวกาศไวกิ้ง 1 และไวกิ้ง 2 ซึ่งลงจอดบนดาวอังคารในปี พ.ศ. 2519 ได้ทำการทดลองตรวจจับสิ่งมีชีวิต โดยอาศัยส่วนหนึ่งของการศึกษาดินที่อยู่ต่ำใกล้ชายฝั่งแอนตาร์กติกา ซึ่งเป็นภูมิภาคที่เรียกว่าหุบเขาแห้ง ดินบางส่วนเหล่านี้เปียกจากน้ำที่ละลายในฤดูร้อน ดินเหล่านี้ไม่เพียงแต่มีจุลินทรีย์เท่านั้น แต่ในบางพื้นที่ยังมีไส้เดือนขนาดเล็กและสัตว์อื่นๆ อีกด้วย
ในทางตรงกันข้าม ดินที่สูงกว่าและแห้งกว่าของภูเขาโรเบิร์ตส์และภูเขาชโรเดอร์อาจเหมาะที่จะเป็นพื้นที่ทดสอบเครื่องมือบนดาวอังคารมากกว่า
“พื้นผิวของดาวอังคารนั้นแย่มาก” คริสท์เนอร์กล่าว “ไม่มีสิ่งมีชีวิตใดบนโลกที่สามารถอยู่รอดบนพื้นผิวได้” อย่างน้อยที่สุดก็เพียงนิ้วหรือสองนิ้วบนสุด ยานอวกาศใดๆ ที่เดินทางไปที่นั่นเพื่อค้นหาสิ่งมีชีวิตต้องเตรียมพร้อมที่จะปฏิบัติการในสถานที่ที่โหดร้ายที่สุดแห่งหนึ่งบนโลก
ลิขสิทธิ์ © 1996–2015 สมาคมเนชั่นแนล จีโอกราฟฟิก ลิขสิทธิ์ © เนชั่นแนล จีโอกราฟฟิก พาร์ทเนอร์ส, LLC, 2015-2023 สงวนลิขสิทธิ์ทุกประการ