021-22889554
021-26703715
مشاوره آموزشی رایگان

021-22889554  |  021-26703715 مشاوره آموزشی رایگان

راز دریاهای عمیق فهم ما از زندگی را تغییر می‌دهد

Karen Lloyd

This deep-sea mystery is changing our understanding of life

How deep into the Earth can we go and still find life? Marine microbiologist Karen Lloyd introduces us to deep-subsurface microbes: tiny organisms that live buried meters deep in ocean mud and have been on Earth since way before animals. Learn more about these mysterious microbes, which refuse to grow in the lab and seem to have a fundamentally different relationship with time and energy than we do.


تگ های مرتبط :

Biodiversity, Animals, Biosphere
من یک میکروب‌شناس اقیانوس در دانشگاه تنسی هستم. و می‌خواهم با شما دوستان درباره برخی میکروبها که بسیار عجیب و شگفت‌انگیز هستند، صحبت کنم آنها فرضیه‌های ما درباره این که زندگی بر روی زمین چگونه است را به چالش می‌کشند. بنابراین یک سوال دارم. لطفا دستهایتان را بالا ببرید اگر تا به حال به این فکرکرده‌اید که جالب است درون یک زیردریایی به اعماق اقیانوس برویم؟ بله. اکثر شما، چون اقیانوسها بسیارجالب هستند. خیلی خب، حالا-- دستهایتان را بالا ببرید اگر دلیل بلند کردن دستتان برای رفتن به اعماق اقیانوس به این خاطر است که تا حدی شما را به گل و لای جالب موجود
آن زیر نزدیک می‌کند. (خنده) هیچکس! فقط من یک نفر. بسیارخب، من دراین باره همیشه فکر می‌کنم. اکثر ساعات بیداری‌ام را صرف تلاش برای مشخص کردن این می‌کنم که چقدر می‌توانیم درون زمین برویم وهنوز چیزهایی،هرچیز زنده ای را پیدا کنیم، به این علت که ماهنوز پاسخ این سوال بسیار اساسی درباره زندگی بر روی زمین را نمی دانیم. بنابراین در ۱۹۸۰، دانشمندی به نام جان پارکس، در بریتانیا، که وسواس بود، و او با یک ایده دیوانه‌وار آمد. او معتقد بود که زندگی میکروبی زیست‌سپهری عظیم و عمیقی در بستر
اقیانوسهای جهان وجود دارد که صدها متر در کف دریا توسعه یافته است، که جالب است، اما تنها مشکل این است که هیچکس او را باور نداشت، و دلایلی که هیچکس او را باور نمی کرد این است که رسوبات اقیانوسی ممکن است خسته کننده ترین مکان روی زمین باشد. (خنده) هیچ نورخورشیدی، هیچ اکسیژنی وجود ندارد، و شاید بدتر از همه، هیچ تحویل غذای تازه ای هم به معنای واقعی کلمه میلیونها سال است که وجود ندارد. نباید دکترای زیست شناسی داشته باشید تا بدانید که آنجامکان خوبی برای جستجوی زندگی نیست. (خنده)
اما در ۲۰۰۲، استیون جان عده زیادی از مردم را متقاعد کرد که او چیزی را کشف کرده که در حقیقت باید با کشتی حفاری که جویدس رزلوشن نامیده می شود به سفرعلمی برود. و او این کار را با بوبارکر یورگنسن از دانمارک انجام داد. بنابراین در نهایت آنها موفق به یافتن نمونه‌های اولیه زیرزمینی خوب شدند که در حقیقت عاری از آلودگی میکروبهای سطحی بودند. این کشتی حفاری قادر به حفر کردن هزاران متر در بستر اقیانوس، و بالا آوردن گل و لای به شکل هسته‌های متوالی یکی پس از دیگری بود--- هسته‌های بسیار بلندی که این شکلی هستند. اینها توسط دانشمندانی مثل من که روی این کشتی ها می رویم حمل می شود، ما هسته‌ها را در این کشتی‌ها تهیه می‌کنیم و به خانه می‌فرستیم
آزمایشگاه‌های خانگی‌مان برای تحقیقات بیشتر بنابراین وقتی جان و همکارانش این نمونه‌های اولیه گرانبهای دریایی را یافتند، آن را زیر میکروسکوپ گذاشتند، و تصویرهایی را مشاهده کردند که خیلی شبیه به این بود، که درحقیقیت به وسیله دانشجوی دکترای من جوی بونجورنو از سفر علمی اخیر گرفته شده است. می‌توانید چیزهای مبهمی در پس زمینه مشاهده کنید. آن گل و لای است. گل و لای عمیق دریایی و اقیانوسی، ونقطه‌های سبز و روشنی که با رنگ فلوئورسنت سبز رنگ آمیزی شده‌اند میکروبهای زنده واقعی هستند. حالا می‌خواهم چیزی غمناک درباره میکروبها برایتان بگویم.
همه آنها زیر میکروسکوپ شبیه به هم هستند، منظورم این است که تقریبا در نگاه اول شما می‌توانید شگفت‌انگیزترین موجود زنده جهان مثل یک میکروب که به معنای واقعی کلمه اورانیوم استنشاق می‌کند را بگیرید ونوعی دیگر که سوخت موشک می‌سازد، با مقداری گل ولای اقیانوس ترکیب کنید زیر میکروسکوپ بگذارید، و فقط نقطه‌های کوچکی باشند. واقعا رنج‌آوراست. بنابراین نمی‌توانیم ازروی شکل‌ آنها را تفکیک کنیم ما باید از DNAاستفاده کنیم، مثل اثر انگشت، تا بفهمیم کی به کی است. به شما دوستان خواهم آموخت که چگونه انجامش دهید
مقداری اطلاعات آماده کردم و می خواهم اطلاعاتی به شما نشان دهم که واقعی نیستد. برای شرح دادن این است که چطور به نظر می‌رسد اگر‌ یک دسته از گونه‌ها به هیچ وجه به یک دیگر وابسته نبودند. خب شما می‌توانید ببینید که گونه ها یک لیست از ترکیبات A،G،C وT دارند. که ۴ تا از زیرمجموعه‌های DNAهستند، نوعی ترکیب تصادفی است، وهیچ چیزی شبیه چیز دیگری نیست، و این ‌گونه‌ها مجموعا به یک دیگر نامربوط هستند. اما این شکل واقعی DNA از یک ژن است که این گونه‌ها را تقسیم می‌کند. همه چیز تقریبا عالی تنظیم شده است. شانس گرفتن بسیاری از آن جدولهای عمودی
جایی که هر گونه‌ای یک C یا هر گونه ای یک T دارد، به طور تصادفی، بسیار کم است. ما می‌دانیم که همه آن گونه‌ها اجداد مشترکی داشته بودند. همه آنها خویشاوندان یکدیگر هستند. حالا می‌خواهم بگویم که آنها که هستند. دوتای بالا ما و شامپانزه ها هستیم، همگی قبلا می‌دانستید که به هم مرتبط هستند، چون که واضح است. (خنده) اما ما همچنین به چیزهایی مرتبط می‌شویم که به آن شکل نیستیم، مثل درخت کاج و ژیاردیا(نوعی تک سلولی)، که بیماری گوارشی است که می‌توانید به آن دچار شوید اگر آب را هنگام کوهنوردی تصفیه نکنید. همچنین مرتبط با باکتری E.Coli و باکتری کلستریدیم هستیم که یک
باکتری وحشتناک، فرصت طلب و بیماریزا است که عده زیادی از مردم را می‌کشد. البته میکروب‌های مفیدهم همچنین وجود دارند، مثل Dehalococcoides ethenogene که ضایعات صنعتی ما را برایمان تمیز می‌کند. خب اگر من این توالی DNA را بردارم، و سپس از شباهتها و تفاوتهای بین آنها، استفاده کنم تا یک شجره‌نامه برای خودمان بسازم تا ببینید که چه کسی بسیار مرتبط است و این شکل آن است. بنابراین شما می‌توانید در یک نظر به وضوح ببینید، که چیزهایی مثل ما و ژیاردیا وخرگوشها و درختان کاج همگی مثل خواهر و برادر هستند، و باکتریها همگی مثل عموزاده‌های اجدادی ما هستند.
ما مرتبط به هر چیز زنده ای بر روی زمین هستیم. بنابراین در شغل من، به صورت روزانه، باید علیه تنهایی موجود شواهد علمی تولید کنم. وقتی که اولین توالیهای DNA را از نخستین کشتی گرفتیم، نمونه‌های تازه را از اعماق زمین آورده بود، می‌خواستیم که بدانیم آنها کجا بودند. پس اولین چیزی که کشف کردیم آن بود که باهم غریبه نبودند، به علت این که توانستیم DNA آنها را بگیریم تا باهرچیزدیگری درزمین تنظیم کنیم. حالا بررسی می کنیم که آنها در کجای شجره نامه ما قرار می ‌یرند. اولین چیزی به آن توجه خواهید کرد این است که بسیار متعدد هستند. فقط یکی از گونه‌ها نبود که موفق به زندگی کردن در این مکان وحشتناک شد.
خیلی چیزها هست. و دومین چیزی که به آن توجه خواهید کرد، این است که، خوشبختانه شبیه هیچ چیزی نیست که قبلا دیده‌ایم. آنها به حدی باهم تفاوت دارند که با هرچیز دیگری که قبلا می‌شناختیم هم تفاوت دارند چون که ما از درختان کاج هستیم. بنابراین کاملا حق با جان پارکس بود. او و ما، سیستم میکروبی کاملا جدید و به شدت متفاوت را در زمین کشف کردیم که حتی هیچکس قبل ازسال ۱۹۸۰ نمی‌دانست که وجود دارد. ما روی نوار موفقیت بودیم. گام بعدی پروراندن این گونه‌های عجیب در ظرف پتری(ظروف آزمایشگاهی)بود می‌توانستیم آزمایشهای واقعی روی‌شان انجام دهیم
مثل کاری که میکروب شناسها انجام می‌دهند. اما بدون توجه به تغذیه‌شان، در رشد کردن مضایقه می‌کردند. حتی الان، ۱۵ سال و بعد از سفرهای علمی متعدد هیچ بشری یک دانه از این میکروبهای عجیب موجود در اعماق زمین را نگرفته که در ظرف پتری رشد کند. اما این برای عدم تلاش نیست. ممکن است ناامید کننده به نظر برسد، اما حقیقتا آن را هیجان انگیز یافتم چون به این معناست که مجهولات جذاب متعددی وجود دارند که باید روی آنها کار کرد مثل چیزی که من و همکارانم فکر می‌کردیم یک ایده بسیارعالی بود. قصد داشتیم ژنهای آنها را مثل یک کتاب دستورآشپزی بخوانیم، متوجه شدیم
که آنها چه چیزی برای خوردن می‌خواستند و آن را در ظروف پتری بگذاریم و سپس آنها رشد خواهند کرد و خوشحال‌اند. اما وقتی به ژنهایشان نگاه کردیم کاشف به عمل آمد که چیزی که برای خوردن می‌خواهند غذایی است که قبلا به آنها دادیم. بنابراین یک کارکاملا بیهوده بود. آنها چیز دیگری در ظروف پتری خودشان می‌خواستند که ما به آنها نداده بودیم. با ترکیب سنجش‌ها ازمکانهای متفاوت و متعدد دور تا دور جهان، همکاران من در دانشگاه جنوب کالیفرنیا، داگ لارو و یان آمند قادر به محاسبه این شدند که هرکدام از این سلولهای میکروبی عمیق دریایی تنها نیاز به یک زپتووات انرژی دارند،
قبل از اینکه موبایلهایتان را در بیاورید، یک زپتو ۱۰ به توان منفی ۲۱ است، چون می‌دانستم که می‌خواستم دنبالش بگردم. به عبارت دیگر، انسانها نیاز به حدود ۱۰۰ وات انرژی دارند. ۱۰۰ وات اساسا این است که یک آناناس را روزانه ۸۸۱،۶۳۲ بار از ارتفاعی در حدود کمر روی زمین بیندازیم. اگر این کار را کردید بعدش به یک توربین وصل کنید، چون که انرژی کافی برای من در یک روز را ایجاد می‌کند. یک زپتووات، اگر در شرایط مشابه در نظر بگیرید، این است که اگر فقط یک دانه نمک را بگیرید و سپس فرض کنید که یک توپ بسیار بسیار کوچک که یک هزارم آن دانه نمک است
را یک نانومتر بیاندازید، که صد بار کوچکتر از طول موج نور مرئی است، یک بار در روز. این کل چیزی است که باعث می‌شود این میکروبها زنده بمانند. این مقدار انرژی کمتر از آن چیزی است که ما فکر می‌کردیم قادر به حمایت از زندگی باشد، اما به هر نحوی، به صورت خارق‌العاده و زیبایی، کافی است. خب اگراین میکروبهای زیر زمینی رابطه متفاوت‌تری با انرژی نسبت به آن چیزی که فکر می‌کردیم داشته باشند، خب به این معناست که مجبور خواهند بود که به خوبی با زمان رابطه‌ای متفاوتی داشته باشند، چون وقتی که با سطوح کوچکی از انرژی زندگی می‌کنند، رشد سریع غیر ممکن است.
اگراین چیزها می‌خواهند گلوهای ما را استعمار و مریضمان کنند، باید از استرپتوکوکوس‌هایی که سریع رشد می‌کنند خارج شوند حتی قبل از این که شروع به تقسیم سلولی بکنند. به این علت است که هرگز آنها را در گلوهایمان پیدا نمی‌کنیم. شاید این حقیقت که سطوح عمقی خیلی خسته‌کننده هستند در واقع دارایی این میکروبهاست. آنها هرگز با طوفانها از پا در نمی‌آیند. آنها هرگز با علفهای هرز رشد نمی‌کنند. کل کاری که باید بکنند زیستن است. شاید آن چیزی که ما در ظروف پتری نگذاشته بودیم اصلا غذا نبود. شاید یک ماده شیمیایی نبود. شاید آن چیزی که واقعا می‌خواستند،
آن ماده مغذی که می‌خواستند زمان بود. اما زمان یک چیزی بود که هرگز نمی‌توانستم به آنها بدهم. اگر حتی یک کشت سلولی داشتم که آن را به دانشجویان دکترا می‌دادم، کسانی که آن را به دانشجویان دکترای خودشان می‌دادند همین طور ما برای هزاران سال آن کار را به منظور تقلید شرایط دقیق سطوح زیرزمینی انجام می‌دادیم، بدون هیچ گونه آلاینده‌ای. که غیر ممکن است. اما شاید به شیوه‌ای که آنها را در ظروف پتری رشد داده‌ایم شاید به غذاهایی که بهشان داده بودیم نگاه می‌کردند و می‌گفتند «ممنون، قصد دارم با سرعت زیادی رشد کنم که یک سلول جدید را در قرن بعدی بسازم.
اوخ.» (خنده) خب پس چرا زیست شناسی سریع رشد می‌کند؟ چرا یک سلول بعد از یک روز ویک انسان بعد از فقط صد سال میمیرد؟ این مثل یک محدودیت کوتاه مدت خودسرانه به نظر می‌رسد وقتی که در مورد کل زمان در جهان فکر می‌کنید. اما اینها محدودیتهای خودسرانه نیستند. آنها به وسیله یک چیز ساده به ما دیکته شده‌اند، و آن چیز خورشید است. وقتی زندگی فهمید که چگونه انرژی خورشید را از طریق فتوسنتز مهار کند، باید سرعت را بیشتر می‌کردیم و در چرخه‌های شب و روز پیش می‌رفتیم
به این طریق، خورشید هر دو دلیل سریع بودن و سوخت برای انجام کارها را به ما داد می‌توانید به زندگی روی زمین مثل یک سیستم گردش خون نگاه کنید، و خورشید قلب تپنده ما است. قسمتهای عمیق زیرزمینی هم مثل یک دستگاه گردش خون هستند که کاملا از خورشید جدا هستند. به جای آن به وسیله ریتمهای بلند وآهسته زمین شناسی رانده می‌شوند. اخیرا هیچ محدودیت تئوری برای طول عمر یک سلول مجزا وجود ندارد. تا مادامی که حداقل یک مقدارکم انرژی برای بهره برداری وجود داشته باشد، به صورت نظری، یک سلول مجزا می‌تواند به آسانی برای صدها هزار سال یا بیشتر، با جایگزینی قسمتهای شکسته شده درطول زمان زندگی کند
درخواستی که از یک میکروب که به این شکل در ظروف پتری ما رشد می کند، این است که از آنها بخواهیم خودشان را با زندگی خورشید محور و شیوه سریع زندگی انطباق بدهند، شاید که بتوانند کارهای بهتری نسبت به قبل انجام بدهند. (خنده) فرض کنید اگر می‌توانستیم بفهمیم که چگونه این کار را انجام می‌دهند. چه می‌شد اگر مقداری ترکیبات فوق‌العاده پایدار را درگیر می‌کردیم تا بتوانیم از آنها برای افزایش عمر مفید دربرنامه‌های کاربردی پزشکی و صنعتی استفاده کنیم؟ یا شاید اگر مکانیزمی که برای رشد فوق العاده آهسته‌ای که استفاده می‌کنند را می‌دانستیم، می‌توانستیم از آن در سلولهای سرطانی و روند تقسیم سلولی تقلید کنیم. نمی‌دانم.
منظورم این است که، صادقانه، همگی حدس و گمان هستند، ولی تنها چیزی که با صراحت می‌دانم این است میکروبهای زنده بسیار کثیری در بستر تمامی اقیانوسهای جهان وجود دارند. که ۲۰۰ برابر بیشتر از کل توده‌های انسانی روی این کره است. و آن میکروبها اساسا رابطه متفاوت‌تری با زمان و انرژی نسبت به ما دارند. چیزی که برایشان به اندازه یک روز به نظر می‌رسد ممکن است برای ما هزاران سال باشد. آنها اصلا به خورشید و رشد سریع اهمیتی نمی‌دهند. و شاید یک لعنت هم به ظروف پتری من هم نمی‌فرستند...
(خنده) اما اگر بتوانیم به پیدا کردن راههای خلاقانه برای مطالعه آنها ادامه بدهیم، شاید بعدا بتوانیم درنهایت بفهمیم که زندگی، همه زندگی‌ها،در زمین چه شکلی است. ممنونم. (تشویق)
I'm an ocean microbiologist at the University of Tennessee, and I want to tell you guys about some microbes that are so strange and wonderful that they're challenging our assumptions about what life is like on Earth. So I have a question. Please raise your hand if you've ever thought it would be cool to go to the bottom of the ocean in a submarine? Yes. Most of you, because the oceans are so cool. Alright, now -- please raise your hand if the reason you raised your hand to go to the bottom of the ocean is because it would get you a little bit closer
to that exciting mud that's down there. (Laughter) Nobody. I'm the only one in this room. Well, I think about this all the time. I spend most of my waking hours trying to determine how deep we can go into the Earth and still find something, anything, that's alive, because we still don't know the answer to this very basic question about life on Earth. So in the 1980s, a scientist named John Parkes, in the UK, was similarly obsessed, and he came up with a crazy idea. He believed that there was a vast, deep, and living microbial biosphere
underneath all the world's oceans that extends hundreds of meters into the seafloor, which is cool, but the only problem is that nobody believed him, and the reason that nobody believed him is that ocean sediments may be the most boring place on Earth. (Laughter) There's no sunlight, there's no oxygen, and perhaps worst of all, there's no fresh food deliveries for literally millions of years. You don't have to have a PhD in biology to know that that is a bad place to go looking for life. (Laughter)
But in 2002, [Steven D'Hondt] had convinced enough people that he was on to something that he actually got an expedition on this drillship, called the JOIDES Resolution. And he ran it along with Bo Barker Jørgensen of Denmark. And so they were finally able to get good pristine deep subsurface samples some really without contamination from surface microbes. This drill ship is capable of drilling thousands of meters underneath the ocean, and the mud comes up in sequential cores, one after the other -- long, long cores that look like this. This is being carried by scientists such as myself who go on these ships,
and we process the cores on the ships and then we send them home to our home laboratories for further study. So when John and his colleagues got these first precious deep-sea pristine samples, they put them under the microscope, and they saw images that looked pretty much like this, which is actually taken from a more recent expedition by my PhD student, Joy Buongiorno. You can see the hazy stuff in the background. That's mud. That's deep-sea ocean mud, and the bright green dots stained with the green fluorescent dye are real, living microbes.
Now I've got to tell you something really tragic about microbes. They all look the same under a microscope, I mean, to a first approximation. You can take the most fascinating organisms in the world, like a microbe that literally breathes uranium, and another one that makes rocket fuel, mix them up with some ocean mud, put them underneath a microscope, and they're just little dots. It's really annoying. So we can't use their looks to tell them apart. We have to use DNA, like a fingerprint, to say who is who.
And I'll teach you guys how to do it right now. So I made up some data, and I'm going to show you some data that are not real. This is to illustrate what it would look like if a bunch of species were not related to each other at all. So you can see each species has a list of combinations of A, G, C and T, which are the four sub-units of DNA, sort of randomly jumbled, and nothing looks like anything else, and these species are totally unrelated to each other. But this is what real DNA looks like, from a gene that these species happen to share. Everything lines up nearly perfectly.
The chances of getting so many of those vertical columns where every species has a C or every species has a T, by random chance, are infinitesimal. So we know that all those species had to have had a common ancestor. They're all relatives of each other. So now I'll tell you who they are. The top two are us and chimpanzees, which y'all already knew were related, because, I mean, obviously. (Laughter) But we're also related to things that we don't look like, like pine trees and Giardia, which is that gastrointestinal disease you can get if you don't filter your water while you're hiking.
We're also related to bacteria like E. coli and Clostridium difficile, which is a horrible, opportunistic pathogen that kills lots of people. But there's of course good microbes too, like Dehalococcoides ethenogenes, which cleans up our industrial waste for us. So if I take these DNA sequences, and then I use them, the similarities and differences between them, to make a family tree for all of us so you can see who is closely related, then this is what it looks like. So you can see clearly, at a glance, that things like us and Giardia and bunnies and pine trees are all, like, siblings,
and then the bacteria are like our ancient cousins. But we're kin to every living thing on Earth. So in my job, on a daily basis, I get to produce scientific evidence against existential loneliness. So when we got these first DNA sequences, from the first cruise, of pristine samples from the deep subsurface, we wanted to know where they were. So the first thing that we discovered is that they were not aliens, because we could get their DNA to line up with everything else on Earth. But now check out where they go on our tree of life. The first thing you'll notice is that there's a lot of them.
It wasn't just one little species that managed to live in this horrible place. It's kind of a lot of things. And the second thing that you'll notice, hopefully, is that they're not like anything we've ever seen before. They are as different from each other as they are from anything that we've known before as we are from pine trees. So John Parkes was completely correct. He, and we, had discovered a completely new and highly diverse microbial ecosystem on Earth that no one even knew existed before the 1980s. So now we were on a roll.
The next step was to grow these exotic species in a petri dish so that we could do real experiments on them like microbiologists are supposed to do. But no matter what we fed them, they refused to grow. Even now, 15 years and many expeditions later, no human has ever gotten a single one of these exotic deep subsurface microbes to grow in a petri dish. And it's not for lack of trying. That may sound disappointing, but I actually find it exhilarating, because it means there are so many tantalizing unknowns to work on. Like, my colleagues and I got what we thought was a really great idea.
We were going to read their genes like a recipe book, find out what it was they wanted to eat and put it in their petri dishes, and then they would grow and be happy. But when we looked at their genes, it turns out that what they wanted to eat was the food we were already feeding them. So that was a total wash. There was something else that they wanted in their petri dishes that we were just not giving them. So by combining measurements from many different places around the world, my colleagues at the University of Southern California, Doug LaRowe and Jan Amend,
were able to calculate that each one of these deep-sea microbial cells requires only one zeptowatt of power, and before you get your phones out, a zepto is 10 to the minus 21, because I know I would want to look that up. Humans, on the other hand, require about 100 watts of power. So 100 watts is basically if you take a pineapple and drop it from about waist height to the ground 881,632 times a day. If you did that and then linked it up to a turbine, that would create enough power to make me happen for a day. A zeptowatt, if you put it in similar terms, is if you take just one grain of salt
and then you imagine a tiny, tiny, little ball that is one thousandth of the mass of that one grain of salt and then you drop it one nanometer, which is a hundred times smaller than the wavelength of visible light, once per day. That's all it takes to make these microbes live. That's less energy than we ever thought would be capable of supporting life, but somehow, amazingly, beautifully, it's enough. So if these deep-subsurface microbes have a very different relationship with energy than we previously thought, then it follows that they'll have to have
a different relationship with time as well, because when you live on such tiny energy gradients, rapid growth is impossible. If these things wanted to colonize our throats and make us sick, they would get muscled out by fast-growing streptococcus before they could even initiate cell division. So that's why we never find them in our throats. Perhaps the fact that the deep subsurface is so boring is actually an asset to these microbes. They never get washed out by a storm. They never get overgrown by weeds. All they have to do is exist.
Maybe that thing that we were missing in our petri dishes was not food at all. Maybe it wasn't a chemical. Maybe the thing that they really want, the nutrient that they want, is time. But time is the one thing that I'll never be able to give them. So even if I have a cell culture that I pass to my PhD students, who pass it to their PhD students, and so on, we'd have to do that for thousands of years in order to mimic the exact conditions of the deep subsurface, all without growing any contaminants. It's just not possible.
But maybe in a way we already have grown them in our petri dishes. Maybe they looked at all that food we offered them and said, "Thanks, I'm going to speed up so much that I'm going to make a new cell next century. Ugh. (Laughter) So why is it that the rest of biology moves so fast? Why does a cell die after a day and a human dies after only a hundred years? These seem like really arbitrarily short limits when you think about the total amount of time in the universe. But these are not arbitrary limits. They're dictated by one simple thing,
and that thing is the Sun. Once life figured out how to harness the energy of the Sun through photosynthesis, we all had to speed up and get on day and night cycles. In that way, the Sun gave us both a reason to be fast and the fuel to do it. You can view most of life on Earth like a circulatory system, and the Sun is our beating heart. But the deep subsurface is like a circulatory system that's completely disconnected from the Sun. It's instead being driven by long, slow geological rhythms. There's currently no theoretical limit on the lifespan of one single cell.
As long as there is at least a tiny energy gradient to exploit, theoretically, a single cell could live for hundreds of thousands of years or more, simply by replacing broken parts over time. To ask a microbe that lives like that to grow in our petri dishes is to ask them to adapt to our frenetic, Sun-centric, fast way of living, and maybe they've got better things to do than that. (Laughter) Imagine if we could figure out how they managed to do this. What if it involves some cool, ultra-stable compounds that we could use to increase the shelf life in biomedical or industrial applications?
Or maybe if we figure out the mechanism that they use to grow so extraordinarily slowly, we could mimic it in cancer cells and slow runaway cell division. I don't know. I mean, honestly, that is all speculation, but the only thing I know for certain is that there are a hundred billion billion billlion living microbial cells underlying all the world's oceans. That's 200 times more than the total biomass of humans on this planet. And those microbes have a fundamentally different relationship with time and energy than we do.
What seems like a day to them might be a thousand years to us. They don't care about the Sun, and they don't care about growing fast, and they probably don't give a damn about my petri dishes ... (Laughter) but if we can continue to find creative ways to study them, then maybe we'll finally figure out what life, all of life, is like on Earth. Thank you. (Applause)