コロラド州の硫黄洞窟は血の故郷

による

アーロン・スコット

、

エミリー・クォン

、

ガブリエル・スピッツァー

、

トーマス・ルー

ジョージア工科大学バムラ研究室の大学院生、ダルシャン・チュダサマさんは、コロラド州スティームボート・スプリングスのサルファー洞窟から、有毒な湧き水とその中に生息する虫が入った小瓶を持って出てくる。 スティームボート スプリングス市 キャプションを隠す

ジョージア工科大学バムラ研究室の大学院生、ダルシャン・チュダサマさんは、コロラド州スティームボート・スプリングスのサルファー洞窟から、有毒な湧き水とその中に生息する虫が入った小瓶を持って出てくる。

ジョージア工科大学の 3 人の科学学生は、新品のディッキーズのカバーオールを着て到着し、地球の腸に入る準備ができています。

「サルファー洞窟は本当に危険な場所です」と、洞窟の入り口に探検家全員を集めながら、ベテラン洞窟探検家でデンバー自然科学博物館の研究員であるデビッド・スタインマンは言う。 「皆さんが私たちのような予防策を講じ、装備と手袋を持っていれば安全です。そう願っています。」

硫黄洞窟は表面から見ると特に危険そうには見えません。 これは、コロラド州スティームボート・スプリングスのハウエルソン・ヒルにあるスキー場の脇にある地面にできた穴で、木の柵に囲まれている。 近くの泉から硫黄の臭いを放つ小川が湧き出し、穴に向かって傾斜し、腐った卵の漂いを空気中に漂わせ続けます。

しかし、地下の洞窟は独特です。 世界でも数少ない硫黄洞窟の 1 つで、2021 年に国立公園局によって国立自然ランドマークに指定されました。大きな理由の 1 つは、世界中の科学者の興味を引いている生き物の生息地であることです。 、蠢く虫のような塊の中で有毒な水の中に住んでいる血のように赤い虫。

2007年にこの虫を最初に記録した1人である湿地生物学者のスタインマン氏は、「硫黄洞窟の虫が最も興味深いのは、世界の他の何も生息できない場所でも生息できるからだ」と語る。

この線虫は、極限環境に生息できる極限環境生物として知られる生物のカテゴリーに属します。 彼らは科学者にとってマタタビのようなものです。なぜなら、多くは研究者が新しい抗生物質や医薬品、あるいはジョージアチームの場合は危険で平坦でない場所を探索できるロボットのモデルを開発するために使用できる新しい化合物や生物学的プロセスを進化させてきたからです。

硫黄洞窟の有毒な湧き水では、それぞれ数十個のリムノドリルス・スルフレンシス虫からなる数千の虫の塊が硫黄を食べるバクテリアを食べて生きています。 ノーマン・R・トンプソン キャプションを隠す

硫黄洞窟の有毒な湧き水では、それぞれ数十個のリムノドリルス・スルフレンシス虫からなる数千の虫の塊が硫黄を食べるバクテリアを食べて生きています。

最優先事項：呼吸

洞窟内の空気には致死レベルの硫化水素と二酸化炭素が含まれているため、洞窟探検をする科学者たちは、虫を見つけるために中に入る前に、酸素タンクとフェイスマスクで構成される自給式呼吸器を装着しなければならない。 。

「私は以前に潜水艦で働いていたので、これは大したことではありません」とハリー・トゥアゾンは言い、潜水艦内で火災が発生したとき、主に乾燥機の糸くずトラップが掃除されていないことが原因であったが、防毒マスクのホースを潜水艦に取り付ける前にSCBAを使用したことを指摘した。カチッという音と空気の排出音とともにフェイスマスクが鳴った。

トゥアゾンは海軍士官からジョージア工科大学の博士課程の学生で、バムラ研究所で生物工学を学んでおり、スタインマンと一緒に洞窟に入った最初の人物である。

SBCAがダース・ベイダーを彷彿とさせる呼吸音を立てながら、二人は急な川底を慎重に下り、底にある垂直の亀裂に到達し、洞窟に押し入ります。

「今、私たちはここの少し下にいて、空気が本当に有毒になっているゾーンにいます」と、SCBAのスピーカーから聞こえてくるくぐもった声でスタインマンが言いました。

サルファー ケーブの天井は、繊細な結晶と鼻タイトで覆われています。鼻タイトは粘液を滴らせているように見える小さな鍾乳石ですが、実際には硫酸を滴下する細菌のコロニーであり、硫酸は湧水中の硫化水素を消化する際に排出されます。 ノーマン・R・トンプソン キャプションを隠す

サルファー ケーブの天井は、繊細な結晶と鼻タイトで覆われています。鼻タイトは粘液を滴らせているように見える小さな鍾乳石ですが、実際には硫酸を滴下する細菌のコロニーであり、硫酸は湧水中の硫化水素を消化する際に排出されます。

洞窟の中は、小さいながらも美しいです。 メインルームは長さ約 75 フィート、高さ約 5 フィートです。 天井は繊細な結晶で覆われており、ヘッドランプの光で輝きます。

」もちろん、あなたはそれを知らないでしょうが、天井や壁を見回してみると、実際には何千種もの異なる細菌で覆われているのです」とスタインマン氏は言う。

ほとんどの表面では、細菌は黄白色の​​層を形成し、触れるとペースト状にはがれます。 しかし、細菌コロニーの一部はバイオバーミキュレーションと呼ばれる、暗く曲がりくねったロープ状の地層を形成しており、スタインマン氏はこれが脳サンゴに似ていると考えている。

他のコロニーは、天井からぶら下がっているストローのような構造物を形成しており、粘液でできた鍾乳石のように見えるため、洞窟探検家はこれを「鼻水虫」と呼んでいます。 かわいい名前かもしれませんが、鼻水虫は岩石に浸透した硫化水素をバクテリアが代謝した硫酸を滴らせます。 酸の pH は、長時間接触したままにすると皮膚や衣服を火傷するほど低いです。

2007 年に洞窟を調査する科学者。 硫化水素と数百種の細菌からなる病的に白いペーストが洞窟の表面の大部分を覆っています。 ノーマン・R・トンプソン キャプションを隠す

2007 年に洞窟を調査する科学者。 硫化水素と数百種の細菌からなる病的に白いペーストが洞窟の表面の大部分を覆っています。

「別の惑星のようなもの」

地上では、小川が洞窟の床に広がり、暗闇に消えていきます。 川底や岩もバクテリアの黄白色のマットで覆われており、洞窟全体が幽霊のような別世界のような雰囲気を与えています。

そして、そこでスタインマンは彼らを見つけます。

「よく見ると、いたるところに虫の塊が見えます」と彼は床を指差しながら言う。 「何千もあるよ。」

虫の塊は、川底でうごめく暗赤色のイソギンチャクのように見えます。 個々の虫は長さ約 1 インチで、鉛筆の芯のように細く、洞窟内のバクテリアを食べて生きており、バクテリアは硫黄を食べて生きています。

「初めて洞窟に入ったとき、そこはとても自然のままの、何も荒らされていない環境のように見えました。まるで別の惑星にあるもののようでした」とスタインマンは言います。 「それは、太陽系の他の惑星の地下の洞窟で、いつか生命が見つかるかもしれないことを思い出させます。」

スタインマンは、地球上でワームを目撃したと報告した最初の人物でした。

デビッド・スタインマンは虫を集めています。 「硫黄洞窟の虫が最も興味深いのは、通常なら世界の他の何も生息できない場所でも生息できるからです」と彼は言う。 ノーマン・R・トンプソン キャプションを隠す

デビッド・スタインマンは虫を集めています。 「硫黄洞窟の虫が最も興味深いのは、通常なら世界の他の何も生息できない場所でも生息できるからです」と彼は言う。

2007 年、彼は硫黄洞窟を調査し記録する科学者のグループに招待されました。 彼らはSCBAなしで洞窟に入ることができるようにファンで酸素を洞窟に吹き込み、スタインマンが最初に入って他の研究者が洞窟を乱す前に洞窟の生物のサンプルを収集することができた。 彼は洞窟で新種を発見することで有名です。

「過去 20 年間で、約 100 種の新種を発見しました」と彼は言います。 「おそらくこれまでに数十種の名前が付けられており、他にもたくさんいるでしょう。私は友達と冗談を言いたいのですが、洞窟で新種を見つけたかったら、洞窟に行くだけでいいのです。これまで行ったことのない洞窟だし、少しでも湿気があれば、ほぼ確実に何かが見つかるだろう。」

それは、洞窟が進化の小さな島、またはスタインマンがマイクロハビタットと呼ぶもののようなものだからです。。ここは他のほとんどの生息地から隔絶されており、年間を通じて気温が一定に保たれる傾向があるため、そこにいる生き物たちはそれぞれの洞窟に合わせて進化する傾向があります。

「洞窟の生き物の多くは進化して色素を持たないアルビノです」とスタインマン氏は言う。 「彼らは暗闇の中で動き回るために非常に長い脚と体にたくさんの感覚毛を持ち、目は小さくなり、時には何もなくなってしまいます。」

バイオバーミキュレーションは、微生物と堆積物の混合によって生成される湿った粘土の粘稠度を備えた地下層です。 科学者たちは、それらがどのように、そしてなぜ形成されるのかを理解し始めたばかりです。 ノーマン・R・トンプソン キャプションを隠す

バイオバーミキュレーションは、微生物と堆積物の混合によって生成される湿った粘土の粘稠度を備えた地下層です。 科学者たちは、それらがどのように、そしてなぜ形成されるのかを理解し始めたばかりです。

小さなワーム、極度の可能性

スタインマンと他の数人の研究者は、この虫を分析した後、この虫がここと近くの川にのみ生息する科学上の新種であることを発表することができました。 彼らはそれらをリムノドリルス・スルフレンシスと名付けました。 そしてその噂は極限環境生物界に広まりました。

「ここ数年、ますます多くの研究者が、抗生物質、ロボット型寄生虫、生理学、血液などの新しい方法で寄生虫を研究できるよう、寄生虫を集められないかと私に連絡してきたことに気づきました。解毒物質です」とスタインマンは言う。

科学者は 2 つの理由で極限環境微生物に興味を持つ傾向があります。1 つ目は、寒すぎても、暑すぎても、酸性すぎても、放射性物質が多すぎても、硫黄分が多すぎても、地球上のほとんどの生物にとって致命的な環境に生息するように進化してきたためです。大気や液体の化学組成が地球とは異なる他の惑星で生命がどのように進化するかを示すモデル。

第二に、これらの環境で生息するために彼らが進化してきた生物学は、多くの場合、未知の化合物や化学プロセスに依存しており、バイオ燃料から無乳糖ミルク、有毒物質の流出を浄化する方法まで、あらゆるものを研究する科学者にとって有用であることが証明されています。

一方、硫黄ワームは、いくつかの興味深いパズルを提供します。

ジョージア工科大学の学生たちは、線虫を研究室に持ち帰り、線虫が絡み合ってどのように動くかを研究し、凹凸のある地形を探索できる線虫の群れロボットを作成するためのモデルの開発に役立てる予定です。 スティームボート スプリングス市 キャプションを隠す

ジョージア工科大学の学生たちは、線虫を研究室に持ち帰り、線虫が絡み合ってどのように動くかを研究し、凹凸のある地形を探索できる線虫の群れロボットを作成するためのモデルの開発に役立てる予定です。

スタインマン氏は、ある研究者から、硫化物で満たされた湧き水は海底の火山噴火口よりも毒性が10倍高いと言われたと述べ、そのため科学者たちはミミズが硫化物を解毒する方法を研究していると述べた。 スタインマン氏は、ガスクロマトグラフィーを使用してこれまでに 2 つの物質を検出したと述べています。1 つはよく知られており、もう 1 つは謎です。

ここの湧き水には酸素濃度が非常に低く、ほとんどの生物が生き残ることができないため、ミミズは強力な循環システムに適応しています。 「彼らは酸素と驚くほどよく結合する血液を持っています」とスタインマン氏は言う。 彼は、スポーツ選手は虫の血があればいいのにと冗談を言うのが好きで、別の医療用途の可能性を指摘しています。

フランスの研究者らは、虫たちに、洞窟内で数百種の細菌と共存するのに役立つ可能性のある新しい抗生物質化合物、つまり問題が深刻化している抗生物質耐性菌株に対して有効である可能性がある化合物を探すよう依頼した。

ワームボットなど

そしてジョージア工科大学のトゥアゾンと彼のチームもいる。 彼らは、リーダーシップを持たないにもかかわらず、ワームの塊がどのようにしてまとまったグループとして動き回るのかに特に興味を持っています。

「私は生物学、物理学、ロボット工学に至るまで研究しています」とトゥアゾン氏は言います。 「これらの虫たちについて、私たちは、どうすれば絡み合ったグループで一緒に移動できるのかというルールを考え出そうとしているのです。私たちはそれを、たとえば、水中探検、洞窟探検、あるいは宇宙の分野に適用しようとしているのです」したがって、私たちはその側面を取り入れて、ルールとモデルを作成し、それを群ロボット工学に適用したいと考えています。」

Tuazon 氏が研究している Bhamla Lab では、すでに黒虫をモデルにしたそのようなロボットが 1 台作成されています。

他の惑星を探索できるロボット? 新しい抗生物質？ 私たちの血液に酸素を供給できる化合物はあるのでしょうか？ コロラド州のこの小さな洞窟にしか生息していない蠢く虫の塊に期待することはたくさんありますが、スタインマンにとって、それはすべて虫の驚異に加わります。

「私たちがこのワームを初めて発見したのは 2008 年でした」と彼は言います。 「14 年後の 2022 年ですが、私たちは依然としてこれらの珍しいワームの新しい属性や特徴を発見しています。そして、注目すべきことは本当にたくさんあると思います。」

このエピソードはトーマス・ルーによって制作され、ガブリエル・スピッツァーによって編集され、レイチェル・カールソンによって事実確認されました。 オーディオエンジニアはGilly MoonとJosh Newellでした。