در اعماق زمین، جایی که نور خورشید هرگز نمی‌تابد، مواد معدنی باستانی درون سنگ‌ها پنهان شده‌اند – تا زمانی که با نور فرابنفش روشن شوند. در این لحظه، دیوارهای کدر و بی‌روح با رنگ‌های درخشان زنده می‌شوند: صورتی، آبی و سبز از درون می‌تابند.
برای دانشمندانی که مطالعه می‌کنند چگونه حیات در محیط‌های سخت زنده می‌ماند، این نشانه‌های فلورسنت می‌توانند بینش‌های مهمی ارائه دهند – نه‌تنها درباره تاریخ زمین، بلکه درباره امکان وجود حیات در سایر دنیاها، مانند قمر اروپا متعلق به مشتری.
در نشست بهار ۲۰۲۵ انجمن شیمی آمریکا (ACS)، محققانی به رهبری اخترزیست‌شناس جاشوا سبری از دانشگاه آیووای شمالی، یافته‌های جدیدی درباره ترکیب شیمیایی سیستم‌های غاری و آنچه می‌توانند درباره حیات در مکان‌هایی که هنوز به آنجا نرسیده‌ایم بیاموزند، ارائه می‌کنند.
اثر انگشت مواد معدنی و سرنخ‌های باستانی
سبری و دانشجویانش غارهای مختلفی در سراسر ایالات متحده را بررسی کرده‌اند، از جمله غار «ویند» در داکوتای جنوبی و غار «میستری» در مینه‌سوتا. آن‌ها در این اکتشافات، مسیرهای پرپیچ‌وخم و سازه‌های پنهان را نقشه‌برداری کرده‌اند.
همچنین، این محققان دیوارهای غار را با نور فرابنفش اسکن کرده‌اند و نمایش‌های درخشانی از فلورسانس را آشکار کرده‌اند که توسط ناخالصی‌های معدنی موجود در سنگ طی هزاران سال ایجاد شده‌اند.
این لکه‌های درخشان معمولاً نشان می‌دهند که آب در گذشته از آنجا عبور کرده یا در آنجا جمع شده است و ردپایی شیمیایی بر جای گذاشته است. آنچه در نور عادی یک دیوار سنگی معمولی به نظر می‌رسد، در نور فرابنفش کاملاً تغییر شکل می‌دهد.
“دیوارها کاملاً خالی و بی‌روح به نظر می‌رسیدند، اما زمانی که نور فرابنفش را روشن کردیم، دیوار قهوه‌ای ساده به یک لایه درخشان از مواد معدنی فلورسنت تبدیل شد که نشان می‌داد ۱۰,۰۰۰ یا ۲۰,۰۰۰ سال پیش، در آنجا یک حوضچه آب وجود داشته است.” – جاشوا سبری
این درخشش‌ها فراتر از زیبایی بصری هستند. آن‌ها ترکیب‌های شیمیایی خاصی را آشکار می‌کنند که به دانشمندان کمک می‌کند بفهمند غار چگونه شکل گرفته و چگونه ممکن است حیات را پشتیبانی کرده باشد.
این “فسیل‌های شیمیایی” نه با شکستن نمونه‌های سنگ، بلکه از طریق روشی غیرمخرب جمع‌آوری می‌شوند: تیم تحقیقاتی با استفاده از طیف‌سنج دستی، طیف‌های فلورسانس را مستقیماً در محیط جمع‌آوری می‌کند و در واقع اثر انگشت شیمیایی سطح سنگ را ثبت می‌کند.
ساخت یک نقشه جدید از غارها
دانشجوی کارشناسی، آنا ون در ویده، در حال ساخت یک پایگاه داده عمومی از این اثرات طیفی است تا لایه جدیدی از اطلاعات شیمیایی را به نقشه‌های سنتی غارها اضافه کند.
این کار می‌تواند تصویری واضح‌تر از نحوه تشکیل غار و تاریخچه محیطی آن ارائه دهد.
دانشجویان دیگر نیز در حال مشارکت در این پروژه گسترده هستند. جکلین هگن در حال مطالعه غارها به‌عنوان مدل‌هایی برای تحقیق در مورد حیات در شرایط سخت (اکستریموفیل‌ها) است.
جردن هالووی در حال توسعه یک طیف‌سنج خودکار است که می‌تواند در مأموریت‌های آینده به سیارات یا قمرها مورد استفاده قرار گیرد.
سلینا لانگمو در حال تحقیق روی سیستم‌های نظارت بیومتریک است تا به ایمنی دانشمندان در محیط‌های سخت زیرزمینی کمک کند.
مواد معدنی درخشان و توسعه غار
این کار آسان نیست. در دمای ۹ درجه سانتی‌گراد، غارهایی مانند «میستری» در مینه‌سوتا نیاز به برنامه‌ریزی اضافی برای حفظ عملکرد تجهیزات دارند.
برای مثال، کارشناسان مجبور شدند باتری‌های طیف‌سنج را در گرم‌کن‌های دستی دفن کنند تا از خاموش شدن آن‌ها جلوگیری شود.
دسترسی به مناطق مورد علاقه گاهی مستلزم خزیدن در تونل‌هایی با عرض کمتر از ۳۰ سانتی‌متر برای فواصل طولانی یا ایستادن در آب یخ‌زده برای انجام اندازه‌گیری‌ها بود.
با وجود این موانع، این پژوهش‌ها تاکنون بینش‌های بزرگی ارائه داده‌اند. در غار ویند، تیم تحقیقاتی دریافت که آب غنی از منگنز باعث ایجاد شکل‌های کلسیتی با نوارهای گورخری شده است – ساختارهایی که در نور فرابنفش به رنگ صورتی می‌درخشند.
به نظر می‌رسد این شکل‌ها با شکستن سنگ‌های ضعیف‌تر، به گسترش غار کمک کرده‌اند و این یک سازوکار توسعه غار است که تاکنون مورد توجه قرار نگرفته بود.
“این یک مکانیسم کاملاً متفاوت برای تشکیل غار است که قبلاً بررسی نشده بود.” – جاشوا سبری
نگاهی به دنیاهای دیگر
اما اهمیت این تحقیقات فراتر از زمین است. از آنجا که ترکیب شیمیایی غارهایی مانند «ویند» ممکن است مشابه شرایط قمرهای یخی مانند «اروپا» باشد، تحقیقات سبری به دانشمندان کمک می‌کند تصور کنند چگونه حیات می‌تواند در محیط‌های تاریک، منزوی و غنی از مواد معدنی، دور از نور خورشید زنده بماند.
در آینده، سبری امیدوار است که دقت روش نقشه‌برداری فلورسانس را با مقایسه آن با تکنیک‌های سنتی و تهاجمی‌تر تأیید کند.
او همچنین می‌خواهد بررسی کند چرا برخی از آب‌های غاری در نور فرابنفش می‌درخشند، که ممکن است توضیح دهد چگونه حیات از سطح زمین می‌تواند بر اکوسیستم‌های زیرزمینی تأثیر بگذارد.
در نهایت، پژوهش‌های سبری تحت تأثیر یک پرسش اساسی قرار دارند: اگر حیات می‌تواند در عمیق‌ترین و سردترین نقاط زمین زنده بماند، چه چیزی مانع از این می‌شود که در دورترین نقاط منظومه شمسی نیز چنین کند؟
“خیلی جالب بود که دیدم چگونه می‌توان علم را در محیط‌های طبیعی به کار برد و یاد گرفتم که چگونه در چنین شرایطی کار کنیم.” – آنا ون در ویده
این ترکیب از کار میدانی، کنجکاوی و علم، ممکن است روزی به کشف حیات در مکان‌هایی منجر شود که تاکنون هیچ انسانی به آنجا نرفته است.
