Forscher der Wostok-Station produzierten 1998 einen der längsten Eisbohrkerne der Welt. Ein gemeinsames russisches, französisches und amerikanisches Team bohrte und analysierte den Kern, der 3.623 m (11.886 ft) lang ist. Eisproben aus Kernen, die nahe der Spitze des Sees gebohrt wurden, wurden auf bis zu 420.000 Jahre geschätzt. Die Annahme ist, dass der See seit der Bildung des Eisschildes von der Oberfläche abgedichtet wurde 15 Vor Millionen Jahren. Die Bohrungen des Kerns wurden absichtlich etwa 100 m (300 ft) über der vermuteten Grenze zwischen dem Eisschild und dem flüssigen Wasser des Sees gestoppt. Dies sollte eine Kontamination des Sees mit der 60-Tonnen-Säule aus Freon und Kerosin verhindern, mit der verhindert wurde, dass das Bohrloch zusammenbricht und einfriert.
Aus diesem Kern, speziell aus Eis, von dem angenommen wird, dass es sich aus Seewasser gebildet hat, das auf der Basis des Eisschildes gefriert, wurden extremophile Mikroben gefunden, was darauf hindeutet, dass das Seewasser das Leben unterstützt. Wissenschaftler schlugen vor, dass der See einen einzigartigen Lebensraum für alte Bakterien mit einem isolierten mikrobiellen Genpool mit Eigenschaften besitzen könnte, die vor vielleicht 500.000 Jahren entwickelt wurden.
Im Januar 2011 gab der Leiter der russischen Antarktisexpedition, Valery Lukin, bekannt, dass sein Team nur noch 50 m (200 ft) Eis zu bohren hatte, um das Wasser zu erreichen. Die Forscher wechselten dann zu einem neuen thermischen Bohrkopf mit einer „sauberen“ Silikonölflüssigkeit, um den Rest des Weges zu bohren. Anstatt den ganzen Weg ins Wasser zu bohren, sagten sie, sie würden direkt darüber anhalten, wenn ein Sensor an der thermischen Bohrmaschine freies Wasser entdeckte. Zu diesem Zeitpunkt sollte der Bohrer angehalten und aus dem Bohrloch extrahiert werden. Das Entfernen des Bohrers würde den Druck darunter senken und Wasser in das Loch ziehen, um gefrieren zu lassen, wodurch ein Eisstopfen im Boden des Lochs entsteht. Die Bohrungen wurden am 5. Februar 2011 in einer Tiefe von 3.720 m (12.200 ft) eingestellt, so dass das Forschungsteam es vor Beginn der antarktischen Wintersaison vom Eis schaffen konnte. Das Bohrteam verließ mit dem Flugzeug am 6. Februar 2011.
Nach Plan sollte das Team im folgenden Sommer erneut einen Drilldown durchführen, um eine Probe dieses Eises zu entnehmen und zu analysieren. Die Russen nahmen im Januar 2012 die Bohrungen in den See wieder auf und erreichten am 6. Februar 2012 die obere Wasseroberfläche. Die Forscher ließen das rauschende Seewasser im Bohrloch gefrieren und Monate später, Sie sammelten Eiskernproben dieses neu gebildeten Eises und schickten sie zur Analyse an das Labor für Glaziologie und Umweltgeophysik in Grenoble, Frankreich, zur Analyse.
Biologie Ergebnissebearbeiten
Vereinigtes Königreich und Vereinigte StaatenBearbeiten
Wissenschaftler berichteten erstmals 1999 über Hinweise auf Mikroben im Akkretionseis. Seit damals, ein anderes Team unter der Leitung von Scott O. Rogers hat eine Vielzahl von Bakterien und Pilzen aus Akkretionseis (nicht aus der subglazialen Wasserschicht) identifiziert, die während US-Bohrprojekten in den 1990 gesammelt wurden. Ihm zufolge deutet dies darauf hin, dass der See unter dem Eis nicht steril ist, sondern ein einzigartiges Ökosystem enthält. Dann veröffentlichte Scott Rogers im Juli 2013, dass sein Team eine Nukleinsäure-Sequenzierung (DNA und RNA) durchführte und die Ergebnisse die Ableitung der Stoffwechselwege ermöglichten, die im Akkretionseis und damit im See dargestellt sind. Das Team fand 3.507 einzigartige Gensequenzen, und ungefähr 94% der Sequenzen stammten von Bakterien und 6% von Eukarya. Taxonomische Klassifikationen (nach Gattung und/oder Art) oder Identifizierung waren für 1.623 der Sequenzen möglich. Im Allgemeinen ähnelten die Taxa Organismen, die zuvor aus Seen, Brackwasser, Meeresumwelt, Boden, Gletschern, Eis, Seesedimenten, Tiefseesedimenten, Tiefseethermalquellen, Tieren und Pflanzen beschrieben wurden. Sequenzen aus aeroben, anaeroben, psychrophilen, thermophilen, halophilen, alkaliphilen, acidophilen, austrocknungsresistenten, autotrophen und heterotrophen Organismen waren vorhanden, einschließlich einer Reihe von mehrzelligen Eukaryoten.
Im Jahr 2020 erweiterten Colby Gura und Scott Rogers ihre Untersuchung des Vostok-Akkretionseises sowie des in den See fließenden Grundeises. Sie fanden heraus, dass das basale Eis eine fast völlig andere Gemeinschaft von Organismen enthielt als im Akkretionseis des Sees, Dies deutet darauf hin, dass sie zwei völlig unterschiedliche Ökosysteme bedeuteten. Zusätzliche Bakterien und Eukaryoten wurden berichtet. Die höchste Vielfalt an Organismen im Seeeis war signifikant mit höheren Konzentrationen an Ionen und Aminosäuren assoziiert (p< 0,05). Während ihre früheren Arbeiten das Vorhandensein von Bakterien zeigten, die Fischdärme bewohnen, wurden keine Sequenzen von Fischen gefunden. In der Studie von 2020 fanden sie jedoch eine rRNA-Sequenz, die > 97% derjenigen eines an der Küste der Antarktis verbreiteten Kabeljaus ähnelte. Dies ist der erste Bericht über eine Fischart, die möglicherweise im Wostok-See lebt. Es ist bekannt, dass der Fisch Frostschutzproteine produziert.
Der Mikrobiologe David Pearce von der University of Northumbria in Newcastle, Großbritannien, erklärte jedoch, dass die DNA einfach eine Kontamination durch den Bohrprozess sein könnte und nicht repräsentativ für den Wostok-See selbst. Die alten Eisbohrkerne wurden in den 1990er Jahren gebohrt, um nach Beweisen für vergangene Klimazonen zu suchen, die im Eis vergraben waren, und nicht für das Leben, so dass die Bohrausrüstung nicht sterilisiert wurde. Auch Sergey Bulat, ein Experte für den Wostok-See am Petersburger Kernphysikinstitut in Gattschina, Russland, bezweifelt, dass die Zellen oder DNA-Fragmente in den Proben zu Organismen gehören würden, die tatsächlich im See existieren könnten. Er sagt, dass es sehr wahrscheinlich ist, dass die Proben stark mit Gewebe und Mikroben aus der Außenwelt kontaminiert sind.
Die Kontaminationsmöglichkeit wurde von Scott Rogers widerlegt, da die Kontrollmaßnahmen streng waren und die in jeder der Eisproben gefundenen Organismenkombinationen mit Organismen übereinstimmten, die in einem kalten See und Eis lebten (einschließlich einer Sequenz aus einem antarktischen Gestein Kabeljau) und waren nicht mit Kontaminationen vereinbar, die während der Probenahme oder aus den Laborverfahren eingeführt wurden. Außerdem wurden alle Laborverfahren parallel mit Eisproben aus dem Eriesee durchgeführt, und die beiden resultierenden Datensätze waren völlig unterschiedlich. Die Lake Erie-Probe zeigte viele Signale menschlicher Besiedlung, während die Lake Vostok-Eisproben keine Signale menschlicher Besiedlung aufwiesen. Die Eriesee-Probe hatte auch ein fast völlig anderes Profil bakterieller und eukaryotischer Phyla.
Russland und FrankreichBearbeiten
Russische und französische Wissenschaftler haben molekulare DNA-Studien des Wassers aus dem Vostok-See durchgeführt, das im Bohrloch gefroren war, indem sie zahlreiche DNA-Bibliotheken konstruierten, bei denen es sich um Sammlungen von DNA-Fragmenten handelt, mit denen Wissenschaftler identifizieren können, zu welchen Bakterienarten sie gehören können. Proben, die bisher aus dem See entnommen wurden, enthalten etwa einen Teil Kerosin pro 1000 Liter Wasser und sind mit Bakterien kontaminiert, die zuvor in der Bohrkrone und der Kerosinbohrflüssigkeit vorhanden waren. Bisher konnten die Wissenschaftler 255 Schadstoffarten identifizieren, aber auch ein unbekanntes Bakterium finden, als sie 2012 erstmals auf die Oberfläche des Sees bohrten, ohne Übereinstimmungen in internationalen Datenbanken, und sie hoffen, dass es sich um einen einzigartigen Bewohner des Vostok-Sees handelt. Vladimar Korolev, der Laborleiter der Studie an derselben Einrichtung, sagte jedoch, dass die Bakterien im Prinzip eine Verunreinigung sein könnten, die Kerosin — das während des Bohrens verwendete Frostschutzmittel — als Energiequelle verwendet.
Kritiker aus der wissenschaftlichen Gemeinschaft geben an, dass keine wertvollen Informationen erhalten werden können, bis sie saubere Proben von Seewasser testen können, die nicht durch Bohrflüssigkeit kontaminiert sind. Unabhängig von den Kontaminationsproblemen wurde im Mai 2013 die Bohranlage an der russischen Antarktisstation Vostok zum historischen Denkmal erklärt als „Ergebnis der Anerkennung der Errungenschaften der russischen Antarktisforschung durch die internationale wissenschaftliche Gemeinschaft und der einzigartigen Operationen zur Öffnung des subglazialen Vostok-Sees, die von russischen Wissenschaftlern am 5. Februar 2012 durchgeführt wurden.“
Im Januar 2015 gab die russische Presse bekannt, dass russische Wissenschaftler mit einer speziellen 50-Kilogramm-Sonde, die etwa 1 Liter Wasser sammelte, das nicht durch die Frostschutzflüssigkeit verfälscht wurde, ein neues „sauberes“ Bohrloch in den Wostok-See gebohrt haben. Es wurde vorhergesagt, dass das Wasser im unteren Teil des Bohrlochs 30-40 m ansteigen würde, aber tatsächlich stieg das Wasser aus dem See auf eine Höhe von mehr als 500 m. Im Oktober desselben Jahres wurden die Arbeiten für diesen südlichen Sommer wegen unzureichender Finanzierung durch die russische Bundesregierung ausgesetzt.
Kontamination durch Bohrflüssigkeitenbearbeiten
Das Bohrprojekt wurde von einigen Umweltgruppen und Wissenschaftlern abgelehnt, die argumentiert haben, dass Heißwasserbohrungen nur begrenzte Auswirkungen auf die Umwelt hätten. Die Hauptsorge ist, dass der See mit dem Frostschutzmittel kontaminiert werden könnte, mit dem die Russen das Bohrloch vor dem erneuten Einfrieren bewahrt haben. Wissenschaftler des National Research Council der Vereinigten Staaten haben die Position eingenommen, dass davon ausgegangen werden sollte, dass im Vostok-See mikrobielles Leben existiert und dass nach einer so langen Isolation alle Lebensformen im See einen strengen Schutz vor Kontamination erfordern.
Die ursprüngliche Bohrtechnik der Russen beinhaltete die Verwendung von Freon und Kerosin, um das Bohrloch zu schmieren und zu verhindern, dass es zusammenbricht und einfriert; 60 kurze Tonnen (54 t) dieser Chemikalien wurden bisher auf dem Eis über dem Wostok-See verwendet. Andere Länder, insbesondere die Vereinigten Staaten und Großbritannien, haben es nicht geschafft, die Russen davon zu überzeugen, nicht in den See einzudringen, bis sauberere Technologien wie Heißwasserbohrungen verfügbar sind. Obwohl die Russen behaupten, ihre Operationen verbessert zu haben, verwenden sie weiterhin dasselbe Bohrloch, das bereits mit Kerosin kontaminiert ist. Laut dem Leiter der russischen Antarktisexpeditionen, Valery Lukin, wurde von Forschern des Petersburger Kernphysikinstituts eine neue Ausrüstung entwickelt, die sicherstellen würde, dass der See beim Eindringen nicht kontaminiert bleibt. Lukin hat wiederholt anderen Unterzeichnerstaaten des Antarktisvertragssystems versichert, dass die Bohrungen den See nicht beeinträchtigen werden, und argumentiert, dass beim Durchbruch Wasser das Bohrloch hinaufstürzen, einfrieren und die anderen Flüssigkeiten versiegeln wird.
Einige Umweltschutzgruppen sind von diesen Argumenten nicht überzeugt. Die Antarctic and Southern Ocean Coalition hat argumentiert, dass diese Art von Bohrungen ein zutiefst fehlgeleiteter Schritt ist, der den Wostok-See und andere subglaziale Seen in der Antarktis gefährdet (von denen einige Wissenschaftler überzeugt sind, dass sie mit dem Wostok-See zusammenhängen). Die Koalition hat behauptet, dass „es weitaus vorzuziehen wäre, sich mit anderen Ländern zusammenzuschließen, um in einen kleineren und isolierteren See einzudringen, bevor erneut geprüft wird, ob das Eindringen in den Wostok-See ökologisch vertretbar ist. Wenn wir weise sind, wird der See zu gegebener Zeit seine Geheimnisse preisgeben dürfen.“
Lukin behauptet, dass Heißwasserbohrungen für die mikrobiotische Fauna viel gefährlicher sind, da sie die lebenden Arten zum Kochen bringen und die gesamte Struktur der Wasserschichten des Sees stören würden. Darüber hinaus hätten Heißwasserbohrungen mehr Strom benötigt, als die russische Expedition in ihrem abgelegenen Lager hätte erzeugen können. Die vom russischen Team erhaltenen Wasserproben waren jedoch stark mit Bohrflüssigkeit kontaminiert, so dass sie im Mai 2017 berichteten, dass es zu diesem Zeitpunkt unmöglich sei, zuverlässige Daten über die tatsächliche chemische und biologische Zusammensetzung des Seewassers zu erhalten.