زیر زمین خلیے بغیر روشنی کے 'ڈارک آکسیجن' بناتے ہیں۔ کوانٹا میگزین

سائنسدانوں کو معلوم ہوا ہے کہ ہمارے پیروں کے نیچے مٹی اور چٹانوں میں موجود ہے۔ ایک وسیع حیاتیات جس کا عالمی حجم دنیا کے تمام سمندروں سے تقریباً دوگنا ہے۔ ان زیر زمین جانداروں کے بارے میں بہت کم معلومات ہیں، جو سیارے کے زیادہ تر مائکروبیل ماس کی نمائندگی کرتے ہیں اور جن کا تنوع سطح پر رہنے والی زندگی کی شکلوں سے زیادہ ہو سکتا ہے۔ ان کا وجود ایک عظیم پہیلی کے ساتھ آتا ہے: محققین نے اکثر یہ فرض کیا ہے کہ ان میں سے بہت سے زیر زمین علاقے آکسیجن کی کمی والے مردہ علاقے ہیں جو صرف قدیم جرثوموں کے ذریعہ آباد ہیں۔ ایک کرال میں میٹابولزم اور غذائی اجزاء کے نشانات پر کھرچنا۔ جیسے جیسے وہ وسائل ختم ہوتے جاتے ہیں، یہ سوچا جاتا تھا، زیر زمین ماحول کو زیادہ گہرائی کے ساتھ بے جان ہونا چاہیے۔

گزشتہ ماہ شائع ہونے والی نئی تحقیق میں فطرت، قدرت مواصلات، محققین نے ثبوت پیش کیے جو ان مفروضوں کو چیلنج کرتے ہیں۔ البرٹا، کینیڈا کے فوسل فیول فیلڈز سے 200 میٹر نیچے زمینی پانی کے ذخائر میں، انہوں نے وافر جرثومے دریافت کیے جو روشنی کی عدم موجودگی میں بھی غیر متوقع طور پر بڑی مقدار میں آکسیجن پیدا کرتے ہیں۔ جرثومے اس قدر پیدا کرتے ہیں اور چھوڑتے ہیں جسے محققین "ڈارک آکسیجن" کہتے ہیں کہ یہ "ایمیزون برساتی جنگل میں فوٹو سنتھیس سے آنے والی آکسیجن کے پیمانے" کو دریافت کرنے کے مترادف ہے۔ کیرن لائیڈ، یونیورسٹی آف ٹینیسی میں ایک ذیلی سطح کے مائکرو بایولوجسٹ جو مطالعہ کا حصہ نہیں تھے۔ خلیوں سے خارج ہونے والی گیس کی مقدار اتنی زیادہ ہے کہ یہ ارد گرد کے زیر زمین پانی اور طبقے میں آکسیجن پر منحصر زندگی کے لیے سازگار حالات پیدا کرتی نظر آتی ہے۔

"یہ ایک تاریخی مطالعہ ہے،" کہا باربرا شیروڈ لولرٹورنٹو یونیورسٹی میں ایک جیو کیمسٹ جو اس کام میں شامل نہیں تھا۔ ماضی کی تحقیق نے اکثر ایسے میکانزم پر غور کیا ہے جو زیر زمین زندگی کے لیے ہائیڈروجن اور کچھ دوسرے اہم مالیکیولز پیدا کر سکتے ہیں، لیکن آکسیجن پر مشتمل مالیکیولز کی نسل کو بڑی حد تک نظر انداز کر دیا گیا ہے کیونکہ آکسیجن فتوسنتھیس اور روشنی کی موجودگی سے بہت زیادہ منسلک لگتا ہے۔ اس نے کہا کہ اب تک، "کسی بھی مطالعے نے یہ سب کچھ اس طرح ایک ساتھ نہیں کھینچا۔"

نئی تحقیق میں کینیڈا کے صوبے البرٹا کے گہرے آبی ذخائر پر نظر ڈالی گئی، جس میں زیر زمین ٹار، تیل کی ریت اور ہائیڈرو کاربن کے اتنے بڑے ذخائر ہیں کہ اسے "کینیڈا کا ٹیکساس" کہا جاتا ہے۔ چونکہ اس کی بڑی مویشیوں کی کھیتی اور زراعت کی صنعتیں زمینی پانی پر بہت زیادہ انحصار کرتی ہیں، اس لیے صوبائی حکومت پانی کی تیزابیت اور کیمیائی ساخت کی سرگرمی سے نگرانی کرتی ہے۔ اس کے باوجود کسی نے زمینی پانی کی مائکرو بایولوجی کا منظم طریقے سے مطالعہ نہیں کیا تھا۔

کے لئے ایمل رف2015 میں جب اس نے کیلگری یونیورسٹی میں مائیکرو بایولوجی میں پوسٹ ڈاکٹرل فیلوشپ شروع کی تو اس طرح کے سروے کا انعقاد "ایک کم لٹکنے والا پھل" لگتا تھا۔ اسے بہت کم معلوم تھا کہ یہ بظاہر سیدھا سا مطالعہ اگلے چھ سالوں تک اس پر ٹیکس لگائے گا۔

ہجوم کی گہرائیاں

البرٹا کے 95 کنوؤں سے زمینی پانی جمع کرنے کے بعد، رف اور اس کے ساتھی کارکنوں نے بنیادی مائیکروسکوپی کرنا شروع کر دی: انہوں نے زمینی پانی کے نمونوں میں مائکروبیل خلیوں کو نیوکلک ایسڈ ڈائی سے داغ دیا اور انہیں شمار کرنے کے لیے فلوروسینس مائکروسکوپ کا استعمال کیا۔ نمونوں میں نامیاتی مادے کی ریڈیو ڈیٹنگ کرکے اور ان گہرائیوں کی جانچ پڑتال کرکے جس میں وہ جمع کیے گئے تھے، محققین زمینی پانی کی عمروں کی شناخت کرنے میں کامیاب ہوگئے جن کو وہ ٹیپ کررہے تھے۔

نمبروں میں ایک پیٹرن نے انہیں حیران کردیا۔ عام طور پر، سمندری فرش کے نیچے تلچھٹ کے سروے میں، مثال کے طور پر، سائنسدانوں نے پایا کہ مائکروبیل خلیوں کی تعداد گہرائی کے ساتھ کم ہوتی جاتی ہے: پرانے، گہرے نمونے اتنی زندگی کو برقرار نہیں رکھ سکتے کیونکہ وہ فوٹو سنتھیٹک پودوں کے ذریعہ بنائے گئے غذائی اجزاء سے زیادہ کٹ جاتے ہیں۔ اور سطح کے قریب طحالب۔ لیکن رف کی ٹیم کی حیرت کی بات یہ ہے کہ پرانے، گہرے زمینی پانی میں تازہ پانیوں سے زیادہ خلیات موجود تھے۔

اس کے بعد محققین نے نمونوں میں موجود جرثوموں کی شناخت شروع کردی، ان کے بتانے والے مارکر جینز کو تلاش کرنے کے لیے مالیکیولر ٹولز کا استعمال کیا۔ ان میں سے بہت سے میتھانوجینک آثار قدیمہ تھے - سادہ، واحد خلیے والے جرثومے جو چٹانوں سے نکلنے والے ہائیڈروجن اور کاربن کے اخراج کے بعد یا نامیاتی مادے کے بوسیدہ ہونے کے بعد میتھین پیدا کرتے ہیں۔ اس کے علاوہ بہت سے بیکٹیریا موجود تھے جو پانی میں میتھین یا معدنیات پر کھانا کھاتے ہیں۔

تاہم، جس چیز کا کوئی مطلب نہیں تھا، وہ یہ تھا کہ بہت سے بیکٹیریا ایروبس تھے - جرثومے جنہیں میتھین اور دیگر مرکبات کو ہضم کرنے کے لیے آکسیجن کی ضرورت ہوتی ہے۔ زمینی پانی میں ایروبس کیسے پروان چڑھ سکتے ہیں جن میں آکسیجن نہیں ہونی چاہیے، کیونکہ فوٹو سنتھیسز ناممکن ہے؟ لیکن کیمیائی تجزیوں میں 200 میٹر گہرے زیر زمین پانی کے نمونوں میں بھی بہت زیادہ تحلیل شدہ آکسیجن ملی۔

یہ غیر سنا تھا۔ "ہم نے یقینی طور پر نمونے کو خراب کر دیا ہے،" رف کا ابتدائی ردعمل تھا۔

اس نے سب سے پہلے یہ ظاہر کرنے کی کوشش کی کہ نمونوں میں تحلیل شدہ آکسیجن غلط استعمال کا نتیجہ ہے۔ "یہ شرلاک ہومز ہونے کی طرح ہے،" رف نے کہا۔ اپنے مفروضوں کو غلط ثابت کرنے کے لیے "آپ ثبوت اور اشارے تلاش کرنے کی کوشش کرتے ہیں"۔ تاہم، تحلیل شدہ آکسیجن کا مواد سینکڑوں نمونوں میں مطابقت رکھتا تھا۔ Mishandling اس کی وضاحت نہیں کر سکا.

اگر تحلیل شدہ آکسیجن آلودگی سے نہیں آئی تو کہاں سے آئی؟ رف نے محسوس کیا کہ وہ کسی بڑی چیز کے دہانے پر ہے، حالانکہ متنازعہ دعوے کرنا اس کی فطرت کے خلاف تھا۔ اس کے بہت سے شریک مصنفین کو بھی شکوک و شبہات تھے: اس تلاش نے زیر زمین ماحولیاتی نظام کے بارے میں ہماری سمجھ کی بنیاد کو بکھرنے کا خطرہ پیدا کر دیا۔

سب کے لیے آکسیجن بنانا

نظریہ میں، زمینی پانی میں تحلیل شدہ آکسیجن پودوں، جرثوموں یا ارضیاتی عمل سے پیدا ہو سکتی ہے۔ جواب تلاش کرنے کے لیے، محققین نے ماس سپیکٹومیٹری کی طرف رجوع کیا، ایک ایسی تکنیک جو جوہری آاسوٹوپس کے بڑے پیمانے پر پیمائش کر سکتی ہے۔ عام طور پر، ارضیاتی ذرائع سے آکسیجن کے ایٹم حیاتیاتی ذرائع سے حاصل ہونے والی آکسیجن سے زیادہ بھاری ہوتے ہیں۔ زمینی پانی میں آکسیجن ہلکی تھی، جس سے یہ ظاہر ہوتا ہے کہ یہ کسی جاندار سے آئی ہو گی۔ سب سے زیادہ قابل فہم امیدوار جرثومے تھے۔

محققین نے زمینی پانی میں جرثوموں کی پوری کمیونٹی کے جینومز کو ترتیب دیا اور بائیو کیمیکل راستوں اور رد عمل کا پتہ لگایا جو آکسیجن پیدا کرنے کا زیادہ امکان رکھتے ہیں۔ جوابات ایک دہائی قبل کی گئی دریافت کی طرف اشارہ کرتے رہے۔ مارک سٹروس کیلگری یونیورسٹی کے، نئے مطالعہ کے سینئر مصنف اور لیبارٹری کے سربراہ جہاں رف کام کر رہے تھے۔

2000 کی دہائی کے اواخر میں نیدرلینڈز کی ایک لیب میں کام کرتے ہوئے، اسٹروس نے دیکھا کہ ایک قسم کا میتھین فیڈنگ بیکٹیریا اکثر جھیل کے تلچھٹ اور گندے پانی کے کیچڑ میں پایا جاتا ہے جس کی زندگی کا ایک عجیب طریقہ ہے۔ دوسرے ایروبس کی طرح اپنے گردونواح سے آکسیجن لینے کے بجائے، بیکٹیریا نے انزائمز کا استعمال کرتے ہوئے نائٹریٹس (جس میں نائٹروجن اور تین آکسیجن ایٹموں سے بنا ایک کیمیائی گروپ ہوتا ہے) کو توڑنے کے لیے اپنی آکسیجن بنائی۔ بیکٹیریا نے خود سے پیدا ہونے والی آکسیجن کو توانائی کے لیے میتھین کو تقسیم کرنے کے لیے استعمال کیا۔

جب جرثومے اس طرح مرکبات کو توڑ دیتے ہیں، تو اسے تخفیف کہا جاتا ہے۔ اب تک، یہ قدرتی طور پر آکسیجن پیدا کرنے کے طریقے کے طور پر نایاب سمجھا جاتا تھا۔ لیبارٹری کے حالیہ تجربات تاہم، مصنوعی جرثومے کی کمیونٹیز میں شامل، یہ انکشاف ہوا کہ اخراج سے پیدا ہونے والی آکسیجن خلیات سے باہر نکل سکتی ہے اور آس پاس کے درمیانے درجے میں آکسیجن پر منحصر دوسرے جانداروں کے فائدے کے لیے، ایک قسم کے سمبیوٹک عمل میں۔ رف کا خیال ہے کہ یہ وہی چیز ہوسکتی ہے جو ایروبک جرثوموں کی پوری کمیونٹیز کو زمینی پانی میں اور ممکنہ طور پر آس پاس کی مٹی میں بھی پھلنے پھولنے کے قابل بناتی ہے۔

کہیں اور زندگی کے لیے کیمسٹری

یہ دریافت ہماری سمجھ میں ایک اہم خلاء کو پُر کرتی ہے کہ کس طرح بہت بڑا زیر زمین بایوسفیر تیار ہوا ہے، اور کس طرح اخراج عالمی ماحول میں حرکت کرنے والے مرکبات کے چکر میں حصہ ڈالتا ہے۔ زمینی پانی میں آکسیجن کے موجود ہونے کا محض امکان "ماضی، حال اور زیر زمین مستقبل کے بارے میں ہماری سمجھ کو بدل دیتا ہے،" رف نے کہا، جو اب میساچوسٹس کے ووڈس ہول میں میرین بائیولوجیکل لیبارٹری میں معاون سائنسدان ہیں۔

لولر نے کہا کہ یہ سمجھنا کہ ہمارے سیارے کے زیریں سطح پر کیا رہتا ہے "اس علم کا کہیں اور ترجمہ کرنے کے لیے بھی بہت ضروری ہے۔" مثال کے طور پر مریخ کی مٹی میں پرکلوریٹ مرکبات ہوتے ہیں جنہیں زمین کے کچھ جرثومے کلورائیڈ اور آکسیجن میں تبدیل کر سکتے ہیں۔ مشتری کا چاند یوروپا میں ایک گہرا، منجمد سمندر ہے۔ ہو سکتا ہے کہ سورج کی روشنی اس میں داخل نہ ہو، لیکن آکسیجن ممکنہ طور پر وہاں فوٹو سنتھیس کے بجائے مائکروبیل کے اخراج سے پیدا ہو سکتی ہے۔ سائنسدانوں نے زحل کے چاندوں میں سے ایک، اینسیلاڈس کی سطح سے پانی کے بخارات کی شوٹنگ کا مشاہدہ کیا ہے۔ ممکنہ طور پر آلودہ پانی کے زیر زمین سمندر سے نکلتے ہیں۔ اگر ہمیں کسی دن ان جیسی دوسری دنیاوں میں زندگی ملتی ہے، تو یہ زندہ رہنے کے لیے تخفیف کے راستے استعمال کر سکتی ہے۔

اس سے قطع نظر کہ کائنات میں کسی اور جگہ کی تبدیلی کتنی اہم نکلی، لائیڈ حیران ہے کہ نئی دریافتیں زندگی کی ضروریات کے بارے میں پیشگی تصورات کی کتنی تردید کرتی ہیں، اور سائنسی بے خبری سے وہ کرہ ارض کے سب سے بڑے حیاتیاتی میدانوں میں سے ایک کے بارے میں انکشاف کرتے ہیں۔ "یہ ایسا ہی ہے جیسے ہم نے اپنے چہرے پر ہمیشہ انڈے رکھے ہوں،" اس نے کہا۔

ایڈیٹر کا نوٹ: رف کو سائمنز فاؤنڈیشن کی طرف سے ابتدائی کیریئر کے تفتیشی فنڈ سے نوازا گیا ہے، جو اس کی بھی حمایت کرتا ہے Quanta ادارتی طور پر آزاد سائنس نیوز میگزین کے طور پر۔ فنڈنگ ​​کے فیصلے ادارتی کوریج کو متاثر نہیں کرتے ہیں۔