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ワイオミング州ラヴェルから南に数マイル、モンタナ州の国境近くにあるバーリントンノーザン鉄道は、牧草地とハコヤナギ林から徐々に登り始めます。線路は、恐竜がワイオミングの海岸を歩き回る頃にすでに形成されていたマディソン石灰岩を通る蜂蜜色の渓谷に上がり、それからロウワーケインケーブとして知られる地下30フィートの地下室の上を通ります。洞窟の入り口はほとんど見えず、鉄道の盛土の急に積み上げられた瓦rubによってほとんど埋められた亀裂です。

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科学者のチームの後ろでこの足首をねじる斜面をつまずいて、私は最初に30インチの隙間から足をひねりました。二重に曲がり、暗闇の中で前方に手探りしながら、私は速い動きの小川に滑り込み、泥土の上に直立するのに十分な部屋を見つける前に四つんばいになりました。私の目はすぐに私のヘッドランプの薄暗い輝きに適応しましたが、私の肌はべたつきました。年間を通して快適に涼しくなるこの緯度のほとんどの洞窟とは異なり、ロワーケインの温度は不快な湿度75度にとどまります。のどに刺激的で腐った臭いがしました。

ロウアーケインには、ニューメキシコのカールスバッド洞窟やケンタッキーのマンモス洞窟など、地下の観光スポットの輝く柱や石灰岩の「カーテン」はありません。ローワーケインには、典型的なニューヨーク市の地下鉄駅よりもわずかに大きく、最も謙虚な乳石さえありません。しかし、この素朴な洞窟は科学的な金鉱であることが証明されており、その湿った深さまでテキサス大学のアネットサマーズエンゲルが率いる精力的な研究者グループを引き寄せています。安全なマスクを着用して、3つの泉から湧き出る有毒ガスを防ぐため、チームはケインが代表する珍しいエキゾチックな洞窟を理解するために、30年の努力の中で最新の章を追求しています。これらのいわゆる活性硫化物洞窟は、世界中でわずか約12個しか発見されていません。 1970年代初期に最初に提案されたとき、それらの起源の理論は非常に物議をかもし、科学界はそれを受け入れるのに20年近くかかりました。最終的に、これらの洞窟の異常な地球化学は、それらがどのように形成されたかについての従来の考え方を覆しました。

さらに重要なことは、これらの酸に浸され真っ黒なn界で繁栄する微生物の群れである「ダークライフ」の発見は、洞窟はほとんど不毛で不毛な場所であるという長年の信念を捨て去ったことです。科学者は、かつて隠されていたこれらの深部で、新しいがん治療につながる可能性のある微生物を探しています。また、洞窟研究は、地球上の生命の起源と他の世界での存在の可能性についての科学者の思考にも影響を与えています。「洞窟は非常に異なる環境です。まるで別の惑星に行くようなものです」とニューメキシコテックの地球微生物学者ペニーボストンは言います。「ある意味では、それは別の惑星です。私たち自身の惑星の一部であり、まだ調査していません。過去数十年でのみ深海が科学にアクセスできるようになったように、今では洞窟でその種の先駆的な努力が行われていることがわかりました。」（洞窟研究のテレビ探査「洞窟の不思議な生活」はPBSで放送されていますNOVA 10月1日）

60年代後半、スタンフォード大学の大学院生が博士号の論文でやりがいのあるトピックを探していたため、ワイオミング州の鉄道堤防の隙間を最初に突き抜けた科学者になりました。ステファン・エーゲマイヤーの好奇心は、ケイン・ロウアーの異常に暖かい温度と不快な臭いによってすぐに喚起されました。見知らぬ人でさえ、洞窟ではめったに見られない、砕けやすい白い鉱物の巨大で泥だらけの山でした。これは、石膏、または硫酸カルシウム、シートロックまたは乾式壁、住宅建設でよく知られている材料の主要成分でした。エゲマイヤーは、ロワーケインの泉が熱いだけでなく、硫化水素ガス（腐敗臭で悪名高い）を泡立たせていることを発見したとき、彼は硫化水素がロワーケインの彫刻に積極的に取り組んでいると理論付けました。潜在的に有毒なガスは、西側のイエローストーンの火山性貯留層か南側のビッグホーン盆地の油田に由来する地下の源泉が何であれ、湧水から洞窟へと泡立っていました。当然不安定で、水中の酸素と反応して硫酸を形成していました。酸は洞窟の壁から食い去り、副産物として石膏を生成していました。

Egemeierの先駆的な研究は広く公表されることはなく、70年代にはほとんど注目されませんでした。しかし、衰退する一方で、別の科学者グループは、同様に不可解な洞窟の謎に取り組んでいた。今回、科学探偵ハントは、主要な観光地であるカールスバッド洞窟のよく手入れされた深さでワイオミングの険しい峡谷から遠く離れて展開しました。

初期のカールスバッドの物語は、本質的には一人の個人、ジム・ホワイトの物語です。 1890年代の10代の頃、ホワイトは砂漠の床から渦巻く奇妙な暗い雲を発見したときに、ニューメキシコ州南東部のグアダルーペ山脈のキャンプ場の近くをさまよっていました。「それは火山だと思った」と彼は後で言った、「しかし、それから私は火山を見たことがなかった。」巨大な洞窟の口で雲をその起源にたどり、何百万ものコウモリが注ぐ光景に釘付けになった毎晩の狩猟出国に出かけます。カールスバッド洞窟への生涯の執着が始まりました。彼は一般的に一人で探検しました。ホワイトの広大な地下迷宮の話は、1915年に彼を洞窟に連れて行くように写真家を説得するまで、彼を地元の笑い物のようなものにしました。足下。今日、もちろん、彼の孤独な執着は、年間50万人の訪問者を集める国立公園になりました。

しかし、おそらくカールスバッドの物語の最も驚くべき側面は、1970年代になっても、毎日の夏の訪問者が数千人に達し、洞窟の鉱物学とその多くの不可解な特徴がほとんど研究されていなかったことです。洞窟学の専門家であるキャロルヒルによれば、洞窟学の専門家は洞窟の研究はほとんど立派な科学であり、主流の地質学者はそのテーマに引き付けられた人々を「汚れた洞窟」として退けがちでした。

その後、1971年10月のある日、ヒルと他の3人の若い地質学の大学院生が、カールスバッドの遠隔の部屋の1つに急なはしごを登りました。ミステリールームの周りをよじ登ると、風の異様な音にちなんで名付けられましたが、彼らは足元の青みがかった粘土のパッチと壁の砕けやすいコーンフレークのような地殻に困惑していました。オダーはまだ洞窟のどこかにある柔らかい白い鉱物の塊でした。このようなブロックはまったく存在すべきではありませんでした。

一つには、このミネラル、石膏は、すぐに水に溶けます。そして、洞窟がどのように形成されるかについての従来の説明には、何百万年もの間石灰岩を浸透する水の作用が含まれます。化学は簡単です。雨が大気中を通り、土壌に滴り落ちると、二酸化炭素を吸収し、弱酸性溶液である炭酸を形成します。この弱腐食性の地下水は石灰岩を食い尽くし、長い年月をかけて洞窟を腐食させます。

この一般に受け入れられている理論によると、すべての石灰岩の洞窟は長くて狭い廊下で構成されている必要があります。しかし、カールスバッドの主要なアトラクションであるビッグルームをトレッキングした人なら誰でも知っているように、6つのサッカー場に相当する巨大な大聖堂のようなホールです。巨大な地下の川がこの巨大な洞窟を切り開いていたら、石膏を含め、その道のあらゆるものを侵食するか、一掃していたはずです。それでも、最大15フィートの厚さの巨大な白い山は、世界最大の洞窟空間の1つであるビッグルームの床にあります。

困惑したヒルは、グアダルーペ山脈で劇的に異なる洞窟形成方法が働いていたに違いないと結論せざるを得ませんでした。すぐに彼女はエゲマイヤーの理論に似た理論を思いついた：近くの油田やガス田から放出された硫化水素が山を越えて上昇し、地下水中の酸素と反応して硫酸を生成し、何百万年もの間洞窟を食べ尽くした。

彼女の硫化水素理論は、地質学者の間で激しい疑念を呼び起こしました。地質学者は、「死んだ」またはもはや洞窟を形成しないカールスバッドが提供できなかった証拠を求めました。ヒルの理論を確認するため、科学者たちは洞窟で硫酸がまだ食い尽くされている場所を調査する必要がありました。しかし、長年にわたって、線路の下の小さな洞窟は多かれ少なかれ忘れられていました。

1987年、ヒルのグアダルーペに関する綿密な研究がようやく登場し、1985年に亡くなったスティーブンエゲマイヤーの作品の出版と一致しました。これらの研究は、世界中の一握りの他の活発な硫化物洞窟の新たな発見とともに、間違いなく証明されました一部の地域の洞窟は硫酸によって形成された。しかし今、より興味をそそる疑問が生じました：有毒ガスで満たされた真っ暗な洞窟の中で、どのように生命が繁栄できるのでしょうか？

ロウアーケインを訪れたときの最も不気味な瞬間の1つは、洞窟の3つのプールの1つに懐中電灯のビームを向けたときでした。水面のすぐ下に、まるで1960年代のポップアーティストがあらゆる方向に絵の具を放り投げたかのように、青黒、朱色、派手なDay-Gloオレンジの驚くべき色合いの糸状のフィルム状マットのクレイジーパターンが広がっていました。いくつかの場所では、まだらにされた穴のあいたオレンジ色の模様が、火星の不毛の表面のNASA画像を思い出させました。他の人では、誰かがスパゲッティソースを水に投げたように見えました。また、各スプリングの真上に浮かぶ水に浮かぶ、繊細なクモの巣のようなスパイダーホワイトのフィラメントは、下から泡立つ流れの中で幽霊のような水中ダンスを行いました。

サイケデリックな色はすべて、細菌のマット、目に見えない微生物によって生成された炭素化合物のゼラチン状の膜に属していました。細菌活動のこれらの鮮やかな副産物は、イエローストーンや他の場所の温泉の周りに集まっているのが見られますが、表面では藻や他の生物との競争に圧倒されます。しかし、彼らはロワーケインでここで何をしていたのでしょうか？有毒ガスがあり日光のない場所でとても豊かに繁栄していましたか？

20世紀のほとんどの間、科学者たちは表土または海洋泥の下に数ヤード以上はバクテリアが存在できないと信じていました。その下では、科学者たちは、人生は単に燃え尽きてしまったと考えました。その後、1977年に、奇妙なチューブワームや他のエキゾチックな動物の驚くべき発見がやってきました。これらはすべて、太平洋に深く沈み、日光が届かないほど深い火山の周りに集まっています。この別世界の生態系は、硫黄を好むバクテリアの活動にほぼ完全に依存しており、海底の通気孔から放出される熱傷電流とガスで繁栄していることが判明しました。他のありそうもない場所の微生物についての驚くべき啓示もすぐに続きました。バクテリアは、バージニア州の1マイル以上、人を寄せ付けない南極大陸の岩の内部、マリアナ海溝の底の太平洋の深さ6マイル以上に掘削されたコアで発見されました。一部の科学者は、隠れた地下細菌が上記のすべての生きている物質の質量に等しいかもしれないと推測しています。

何十億年もの間孤立していたこの「暗黒の生命」は、科学者の興味をそそる見通しを開きます。微生物学者は、地下のバクテリアが新しい抗生物質や抗がん剤につながることを望んでいます。 NASAの専門家は、火星の岩石サンプルや、木星の衛星の1つであるエウロパの凍った海にいつか侵入する可能性のある探査機で認識できる署名を特定することを期待して調査しています。

しかし、地下のバグのこれらすべてのハンターにとっての挑戦はアクセスであり、そこがLower Kaneの出番です。「洞窟は微生物活動の通常隠された世界への完璧なウォークインウィンドウを提供します」と、大学の洞窟調査者であるDiana Northupは言いますニューメキシコ州の。「一部の研究者は、生命が最初に地下で進化し、状況が改善するにつれて地表に移動したと推測しています。これが事実であれば、地下微生物の研究は、地球の最も初期の生命体の性質の手がかりを提供するかもしれません。」

LowerKaneCaveは浸かって1、2回あざを与えましたが、他の多くの硫化物洞窟を貫通するのに必要な数マイルのくねくねと圧搾に比べて、私の不快感は何もありませんでした。ローワーケインが1999年、そしてそれ以来毎年、アネットサマーズエンゲルを魅了した理由の1つは、そのアクセシビリティでした。これにより、彼女と彼女の地質学者、地球化学者、DNA専門家のチームは比較的簡単に科学機器を出し入れできました。最初のテストでは、Stephen Egemeierが正しいことをすぐに確認しました。硫酸は、硫化水素が酸素と反応した結果であり、実際にまだ洞窟の壁を食い潰していました。最も興味深い質問は、Lower Kaneのバクテリアマットが酸攻撃に加わっているかどうかでした。バクテリアの中には、廃棄物として硫酸を生成するものがあるため、確かに可能性があるように思われます。 Summers Engelの計画は、いくつかの異なる角度から問題に取り組むことでした。たとえば、DNAテストでは特定の微生物を特定できます。他のテストでは、微生物が硫黄や鉄などを食べているかどうか、ストレスを受けているか繁栄しているかなどがわかります。

予備的な結果は、研究者をbowlった。「最初にLower Kaneに来たとき、私たちは当然、各マットは主に硫黄酸化微生物で構成されていると想定していました。それは常識のように思えた。実際、各マットはマンハッタンの街区のように多様であることが判明しました。硫黄を食べる微生物がたくさんあり、すべてが湧き出るガスを放出していました。しかし、他のバクテリアの乱暴な組み合わせもありました。たとえば、硫黄に気付かない一部の人々は、隣人によって生成された廃棄物を食べさせていました。また、すべてのバグがランダムにまとめられたわけでもありません。たとえば、硫黄を食べる細菌はマットの上部に集まっています。貪欲な酸素の消費者として、彼らは生き残るために春の表面の空気を必要としていました。酸素を必要としないメタン生産者は、予想通り、マットの底に集中していました。

マット全体が洞窟にどのように影響しているかを調べるために、科学者たちは、それぞれが同一の石灰石チップを含む2本のプラスチックチューブを含むエレガントなシンプルさのテストを考案しました。 1つの口は粗いプラスチックメッシュで覆われており、微生物とばねからの水が内部で渦巻きます。もう一方は、水を入れたが微生物を寄せ付けない膜で覆われていました。春に両方のチューブを数ヶ月沈めた後、チームはチップを顕微鏡で調べました。酸性水と微生物の両方にさらされたチップは、水だけにさらされたチップよりもひどく穴が開いて傷ついていました。酸を生成する微生物が洞窟の形成を加速しているという証拠がここにありました。テキサス大学の地球化学者Libby Stern氏は、「微生物が石灰岩を溶解する酸の化学に追加していることは間違いありません」と、「マットがなければ、Lower Kaneはおそらくずっと遅いペースで形成されるでしょう」

しかし、もう1つの発見はさらに興味をそそるものでした。BrighamYoungUniversityの生物学者Megan Porterによって暫定的に特定された、まったく新しい微生物種です。新しい生物は、太平洋の深い海底の通気孔で見つかった微生物と密接に関連しているように見えます。これは、生命の出現の起点となる可能性があります。「これはエキサイティングな発見です」とPorterは語っています。「LowerKaneCaveで見つかった代謝のタイプは非常に古いことを暗示しているからです。」また、生命が深部で始まったかもしれないという証拠が増えつつあります。洞窟のような地下の避難所、海底の通気孔、土壌では、原始的な微生物は火山爆発、流星の衝撃、強い紫外線から守られていたため、この惑星は初期には住みにくくなりました。これらの古代の避難所では、人間は侵入する方法を理解したばかりであり、生命は日光から遠く、多くの場合、極端な熱と酸性の状態で進化しました。ケインのサイケデリックマットは、驚くほど多様で丈夫な地球の古代の先駆者がいかにあったかを思い出させてくれます。

しかし、洞窟研究の地平は私たち自身の惑星をはるかに超えています。多くの天文学者と地質学者は、木星の衛星エウロパと火星がそれぞれ私たちに似た水と地下の状態を隠していると推測しています。ここで過酷な条件で微生物が生き残ることができるなら、なぜそこにもありませんか？「洞窟での私たちの仕事は、私たち自身の惑星の生命の既知の限界を広げました」とペニー・ボストンは言います。「しかし、それはまた、他の惑星の生物学的サイトを研究し、地球の「内陸」と宇宙のそれらを結びつけるために私たちの想像力を押し進めるための素晴らしいリハーサルです。」