แอนตาร์กติกาเป็นหนึ่งในพรมแดนสุดท้ายสำหรับการค้นพบบนโลก จุดสนใจของเราอยู่ที่สิ่งที่อยู่ใต้หิ้งน้ำแข็ง Ross ซึ่งเป็นลิ่มน้ำแข็งขนาดมหึมาของทวีปแอนตาร์กติกาที่กั้นส่วนต่อขยายทางตอนใต้สุดของมหาสมุทรใต้ โพรงที่ปกคลุมด้วยน้ำแข็งนี้มีมหาสมุทรซึ่งมีปริมาตรเกือบเท่ากับทะเลเหนือ แต่ที่นี่ น้ำแข็งก่อตัวเป็นหลังคาถาวรและผ่านไม่ได้เหนือสภาพแวดล้อมที่มืดสนิทและเย็นจัด (ประมาณ -1.9 ℃)
ในฐานะส่วนหนึ่งของโครงการวิจัยแบบสหวิทยาการเพื่อสำรวจโลกใต้น้ำแข็ง
เราค้นพบชุมชนจุลินทรีย์ที่เจริญรุ่งเรือง แตกต่างและปรับตัวได้ดี
สำหรับการอยู่รอดโดยปราศจากแสงและปราศจากสารอินทรีย์ที่ตกลงมาในมหาสมุทรเปิด
ใยอาหารนี้สร้างขึ้นจากสารประกอบอนินทรีย์ไนโตรเจนและกำมะถันเป็นแหล่งพลังงานเคมี จุลินทรีย์ใช้แหล่งพลังงานทางเลือกเหล่านี้เพื่อตรึงคาร์บอนไดออกไซด์ที่ละลายน้ำให้กลายเป็นโมเลกุลอินทรีย์ที่ซับซ้อนและมวลชีวภาพ ซึ่งจะเป็นเชื้อเพลิงให้กับโลกใต้ทะเลแห่งนี้
การค้นพบของเราสะท้อนถึงคำใบ้แรกสุดของสิ่งมีชีวิตขนาดจิ๋วใต้น้ำแข็ง ซึ่งเป็นที่รู้จักครั้งแรกระหว่างการเดินทางในศตวรรษที่ 19 ของเจมส์ คลาร์ก รอส ซึ่งตั้งชื่อตามชื่อทั้งมหาสมุทรใต้สุดและหิ้งน้ำแข็ง
ในช่วงฤดูร้อนระหว่างปี 1840 ถึง 1842 ลูกเรือบนเรือ HMS Erebus และ HMS Terror ได้หลบภูเขาน้ำแข็ง จัดการกับลมที่ไม่แน่นอน และละอองทะเลที่กลายเป็นน้ำแข็งแตกเป็นเสี่ยงๆ จากเสื้อผ้าและดาดฟ้าเรือขณะที่พวกเขาเคลื่อนตัวไปทางใต้ผ่านทะเลรอสส์ จุดมุ่งหมายของพวกเขานั้นตรงไปตรงมาพอๆ กับของนักเดินทางชาวโพลินีเซีย ซึ่งก่อนหน้าพวกเขาเมื่อหลายศตวรรษก่อน นั่นคือการค้นพบ
การเดินทางเพื่อการค้นพบและการวิจัยของกัปตันรอสมีจุดประสงค์เพื่อค้นหาและสำรวจขอบเขตใต้สุดของมหาสมุทร ทุกที่ – จากภูเขาน้ำแข็ง โคลนจากก้นทะเล และแม้แต่ลำไส้ของสิ่งมีชีวิตขนาดใหญ่ – พวกเขาพบหลักฐานของการมีชีวิตของจุลินทรีย์
สำหรับกัปตันรอส ส่วนต่อขยายอันกว้างใหญ่ของพืดน้ำแข็งภาคพื้นทวีป ซึ่งปัจจุบันเรียกว่าหิ้งน้ำแข็งรอส คืออุปสรรคที่เรือของเขาไม่สามารถเอาชนะได้ ทุกวันนี้ เราสามารถไล่ตามมหาสมุทรไปไกลทางใต้ สำรวจพื้นผิวน้ำแข็งด้วยยานพาหนะที่ติดตาม และใช้ระบบเจาะที่สร้างขึ้นโดยเฉพาะเพื่อเจาะฝาน้ำแข็งบนมหาสมุทรที่ส่วนใหญ่ยังไม่ได้สำรวจ
ที่อื่น ระบบนิเวศทางทะเลได้รับเชื้อเพลิงหลักจากสิ่งมีชีวิตสังเคราะห์
แสงที่ใช้แสงแดดเพื่อเปลี่ยนสารอาหารในน้ำให้เป็นชีวมวล ที่ระดับความลึกที่แสงแดดส่องไม่ถึง อนุภาคอินทรีย์ที่จม อยู่จะถ่ายเทคาร์บอนและพลังงานในกระบวนการที่เรียกว่าปั๊มคาร์บอนชีวภาพ
แต่ภายใต้ชั้นน้ำแข็งปกคลุม ไม่มีฝนของอนุภาคอินทรีย์จากด้านบน และเมื่อน้ำไหลลงสู่โพรงใต้มหาสมุทรน้ำแข็ง อาจใช้เวลาถึงห้าปีกว่าที่น้ำจะมองเห็นแสงอาทิตย์ได้อีกครั้ง แต่เมื่อนักวิทยาศาสตร์สังเกตสภาพแวดล้อมนี้ครั้งแรกในปี 1977 พวกเขาพบจุลินทรีย์ แอมฟิพอด และปลา
วิธีการวิเคราะห์ในแต่ละวันมีจำกัด ทำให้เกิดคำถามว่าสิ่งที่พวกเขาพบนั้นเป็นสายใยอาหารที่ใช้งานได้หรือไม่ การสำรวจล่าสุดของทีมของเราได้เปิดเผยความลึกลับให้กว้างขึ้น
ค่ายสนามแอนตาร์กติกในวันที่มีเมฆน้อย
เมฆและหมอกลอยต่ำที่บริเวณแคมป์ของทีมบนยอด Ross Ice Shelf เฟเดริโก บัลตาร์ , CC BY-SA
ในเดือนธันวาคม 2017 ซึ่งเป็นส่วนหนึ่งของโครงการสหวิทยาการขนาดใหญ่ช่างเจาะจากมหาวิทยาลัยวิกตอเรียแห่งเวลลิงตัน Te Herenga Waka ใช้สว่านน้ำร้อนเพื่อละลายหลุมเจาะกว้าง 30 ซม. ผ่านพื้นที่ส่วนกลางหนา 360 ม. ของ Ross Ice Shelf (ที่ประมาณ 80.7 S, 174.5W) ประมาณ 300 กม. จากทะเลเปิด เราใช้จุดเข้าถึงที่ไม่เหมือนใครนี้เพื่อเก็บตัวอย่างชีวิตจุลินทรีย์ในโพรงมหาสมุทร
เผยสิ่งที่ซ่อนอยู่
เราไม่รู้ว่าชุมชนจุลินทรีย์จะอุดมสมบูรณ์เพียงใด แต่คาดว่าสภาพมหาสมุทรที่ระดับความลึกต่างๆ กันจะมีความสำคัญ เพื่อให้แน่ใจว่าเรารวบรวมมวลชีวภาพได้เพียงพอ เราจึงลดระดับปั๊มกรองที่ใช้แบตเตอรี่ผ่านหลุมเจาะเข้าไปในสภาพแวดล้อมที่เย็นจัดด้านล่าง
การเก็บตัวอย่างเป็นเกมที่รอคอย เราทำงานตลอดทั้งคืนเพื่อค่อยๆ สูบน้ำหลายร้อยลิตรผ่านกระดาษกรองที่อยู่ตรงกลางปั๊ม การกรองแต่ละครั้งทำซ้ำสามครั้ง ที่ความลึก 30 ม. 180 ม. และ 330 ม. จากฐานของน้ำแข็งที่ลอยอยู่ ซึ่งทอดยาวตลอดแนวน้ำระหว่างชั้นน้ำแข็งและพื้นมหาสมุทร
ห้องที่บรรจุกระดาษกรองจะต้องเปิดอย่างระมัดระวังทุกครั้ง เนื่องจากฟิล์มบางๆ ของน้ำจะจับตัวเป็นน้ำแข็งเมื่อปั๊มสัมผัสกับอากาศเย็น น้ำของเหลวที่เหลือถูกดูดออกจากปั๊มเพื่อเป็นตัวอย่างน้ำ “สด”
แม้ว่าตัวอย่างกระดาษกรองจะถูกแช่แข็งได้ แต่น้ำที่เป็นของเหลวจะต้องถูกส่งไปยังห้องปฏิบัติการที่ใกล้ที่สุดโดยเร็วที่สุด ซึ่งอยู่ห่างออกไป 400 กม. ที่ฐานสก็อตต์ ทัศนวิสัยไม่ดีทำให้ไม่มีเที่ยวบินเป็นเวลาเกือบสามสัปดาห์ และในที่สุด เราก็ตัดสินใจขับรถ 24 ชั่วโมงแบบมาราธอน 20 กม./ชม. คลานข้ามหิ้งน้ำแข็งในรถติดตามของ Hägglund
คนข้างป้ายและติดตามข้ามน้ำแข็ง ระหว่างการเดินทางข้าม Ross Ice Shelf
ฉลองการเดินทางที่ปลอดภัยผ่านพื้นที่ที่มีรอยแยกของหิ้งน้ำแข็ง เฟเดริโก บัลตาร์ , CC BY-SA
เมื่อกลับมาที่ห้องทดลองของเราได้อย่างปลอดภัย เราได้แบ่งปันตัวอย่างกับเพื่อนร่วมงานในออสเตรีย นิวซีแลนด์ สเปน ออสเตรเลีย และสหรัฐอเมริกา พวกเขาใช้เทคนิคจีโนมิกที่ล้ำสมัยและการวัดทางชีวธรณีเคมีเพื่อระบุสิ่งมีชีวิตขนาดเล็กที่อาศัยอยู่ในโพรงมหาสมุทร พลังงานของพวกมันมาจากไหนและพวกมันทำอะไรกับมัน
ความพยายามของเราทำให้เห็นถึงจุลินทรีย์ที่มีความยืดหยุ่นในการเผาผลาญสูง ซึ่งช่วยให้พวกมันสามารถกำจัดพลังงานจากแหล่งต่างๆ และรักษาสายใยอาหารที่ซับซ้อนซึ่งอาศัยอยู่ในความมืดมิดได้
ทุกที่ที่เรามอง เราพบชุมชนจุลินทรีย์ที่ใช้ประโยชน์จากแหล่งพลังงานที่มีอยู่ สร้างรากฐานสำหรับระบบนิเวศทั้งหมดของโลก เช่นเดียวกับที่กัปตันรอสคาดไว้เมื่อ 180 ปีที่แล้ว การเข้าใจชีวิตในระบบระยะไกลนี้ช่วยให้เราเข้าใจชีวิตในที่อื่นๆ บนโลก
