ジョン・プリスクがラスベガスで育ったとき、航空宇宙産業の冶金学者である彼の父親は、息子に屋外で時間を過ごすように勧めました。若いプリスクは耳を傾けました：彼はユース、大学、セミプロレベルでサッカーをしました.彼はネバダ大学ラスベガス校で生物学の修士号を取得しながらコロラド川を研究し、その過程でグランドキャニオンを十数回ラフティングしました。 60 代後半の自称「アドレナリン ジャンキー」である彼は、マウンテン バイク (およびハイイログマをかわす) やハーレーダビッドソンに乗っていないときは、車のレースに参加しています。彼は 16 歳のときにスキューバ ダイビングを始めました。より高い景色が見たい気分のときは、人里離れた荒野でブッシュ パイロットをすることもあります。
しかし、科学者であり冒険家でもある彼の最大の自慢は、長い間不毛と見なされてきた場所で生命が繁栄できるかどうかを調べるために、地球上のほとんど誰よりも氷と雪の世界を広範囲に調査したことです。荒れ地。
モンタナ州立大学の極地生態学の摂政教授であるプリスクは、カリフォルニア大学デービス校で微生物生態学の博士課程に入学した後、40 年以上前に初めて冬の味を感じました。当時、この分野は人口が非常に少なく、独自の日誌さえありませんでした。当時のほとんどの生態学者は、細菌ではなく、鳥、クマ、オオカミなどの立派な動物を研究していました。しかしプリスクは、生き物が見えないという理由だけで生き物を差別するべきではないという、より広い視野を持った見解を採用しました。どちらかといえば、それはそれらをより綿密に精査する理由になるかもしれません.
彼の大学院での研究は、カリフォルニア州のシャスタ山を取り囲む氷河によって削られた湖に焦点を当てていました。プリスクは、モハベ砂漠で幼少期を過ごした後、雪と氷に完全にさらされることになりました。彼は冬の間スキーを始め、1 年のうち 4 か月はテントに住んでいたフィールド サイトとの間で、食料と装備を積んだそりを運びました。彼はまた、ダイビングの経験を生かして、アルプスのキャッスル湖の氷に切り込み、100 フィート以上下の底まで泳いで堆積物のサンプルを収集しました。
1982 年に博士号を取得した後、彼はアンデス山脈の標高 12,500 フィートのチチカカ湖で湖水学の研究を続けたいと考えていました。しかし、ニュージーランドの科学者が彼が争っていた研究地に上陸したため、プリスクは代わりにニュージーランドでその人物の地位を獲得しました。 1984 年、プリスクは米国に戻り、雪と氷に近いモンタナ州立大学の学部に加わりましたが、永久に氷に覆われた南極大陸の湖の下での光合成の提案された研究に資金が提供されたため、彼の滞在はすぐに中断されました。 . Priscu は 35 回南極に行きましたが、1984 年 (1988 年に彼の娘が生まれたとき) から 1 年しか行方不明になりませんでした。
Priscu は、1999 年に世界で 3 番目に大きい淡水域である氷河下のボストーク湖の氷層に生物が存在することを発表した 2 つの研究チームのうちの 1 つを率いました。これは重大な発見でしたが、回収されたサンプルが他の場所からの細胞で汚染されている可能性があるという懸念や、湖からの液体の水ではなく、湖の表面のすぐ上から氷を分析するというチームの決定に対する批判から、懐疑的な意見もありました。湖自体。
しかし、2013 年にプリスクのチームが約 2,600 フィートの氷を掘削し、南極大陸の 400 を超える氷底湖の 1 つであるウィラン湖の実際の水域で繁栄している生態系を発見したとき、疑問は解消されました。昨年、彼のグループは近くのマーサー湖の氷の下で同様の深さでサンプリングを行い、同様の結果を達成しました。
南極の地表から数マイル下の氷や水中で生命を発見するというプリスクの成功は、20 年前まで生物圏の一部とはほとんど見なされていなかった最南端の大陸に対する私たちの見方を変えるのに役立ちました。現在、彼は太陽系の他の氷体に注意と専門知識の一部を注いでおり、いつの日か歴史が繰り返される可能性があります。
米国最北端のアラスカ州バローで、プリスクはジェット推進研究所 (JPL) のエンジニアと協力して、木星の衛星エウロパと土星の衛星エンケラドスの氷に覆われた海を探索できる浮力のあるローバーを開発しました。グリーンランドへの数回の旅行中に、彼と NASA の研究者は、数百フィートの氷を切り裂くことができるドリルをテストし、有機物やその他の「バイオシグネチャー」を測定しました。このようなツールは、まもなく火星に配備され、最終的にはヨーロッパに配備される可能性があります。
Priscu はまた、エベレスト山を含むヒマラヤ山脈を数回訪れ、さまざまな標高で採取された氷床コアの細菌含有量を分析しました。 「新しくてエキサイティングなことにノーとは言えません」と彼は言いました。
クォンタ マガジン は、6 月にモンタナ州ボーズマンの自宅でプリスクと電話で話しました。インタビューは、わかりやすくするために要約および編集されています。
初めて南極に到着したときの気持ちを説明してください。
ヘラクレス軍用スキー装備航空機でニュージーランドから飛んできました。乗客が座る後方には、直径わずか8インチの丸い小さな窓が2つある。大陸が目の前に現れたとき、私は 1 つに目を通し、そこに畏敬の念を抱いてそこに座っていました.
ロバート・ファルコン・スコットやアーネスト・シャクルトンのような初期の探検家の本を何冊か読んでいました。スコットの日記は、南極大陸を生きている動物がいない恐ろしい場所と呼んでいます。しかし、私たちは常に生命を水と同一視してきました。 「水に従う」は一種のマントラです。そして、窓の外を眺めてすべての氷を見ると、5 番目に大きな大陸に位置するこの惑星の真水の 70% を占めることになります。それで私は自分に言い聞かせました:「地球上にこれほど多くの不動産が死んでいるはずがない.」
あなたは最初のプロジェクトとして南極の地表湖を調査し、現在も研究しています。長い間興味を持っていたことは何ですか?
マクマード ドライ バレーには数十の湖があり、私はほぼすべての湖を調査しました。大きな池もあれば、深さ 270 フィートを超える主要な湖もあります。これらの湖は 100 年以上にわたって氷に覆われてきました。ほとんどの湖は厚さ 12 ～ 20 フィートの氷に覆われていますが、一部の湖では 40 フィート以上掘り下げましたが、液体の水に衝突したことはありません。氷の下で、トワイライト ゾーンに生息する湖の生態系を発見しました。暗いですが、多くの湖では、太陽の放射エネルギーのごく一部が氷を通り抜けることができます。これは、極地の夏が 4 か月しかないにもかかわらず、光合成と生命を維持するのに十分です。
場合によっては、文字通り氷の中で凍った光合成細菌を発見しました。完全に静止しているにもかかわらず、光合成を行うことができます。どういうわけか、彼らはその氷の状態に完全に適合するように機械を微調整することに成功しました.
また、さまざまな微生物種が「共生」関係を形成することも確認しました。基本的に、彼らは困難な時期を乗り切るためにリソースを共有しています。微生物は、1 マイクロメートル未満の間隔で互いに非常に接近することによってこれを行います。これにより、代謝産物の移動が比較的容易になります。
これらの寒くて極端な状況で働くのは、どのくらい大変ですか?
ドライ バレーで働くことの 1 つは、極地から時速 70 ～ 80 マイルの巨大な風が吹くことができることです。外にいるときは、吹き飛ばされないように、岩に縛り付けたり、腹ばいになったりしなければならないことがあります。
1984 年の最初の旅行で、私はニュージーランドの研究施設であるスコット基地に滞在しました。ある時点で、マクマード駅まで歩いて 20 ～ 30 分 (風がそれほど悪くない場合) にあるアメリカの科学者を訪ねました。私は、今後 2 年間、「life in sea ice」プログラムに参加するという彼らの申し出を受け入れました。華氏 28 度の水で 1 時間のスティント スキューバ ダイビングを行いますが、これには本当に打ちのめされます。海氷の底には微生物がかなり集中していることがわかりました。 1987 年 2 月、私は砕氷船に多くの時間を費やし、ロス棚氷の下の海で生物を探しました。この棚氷は、ほぼ 200,000 平方マイルで、フランスとほぼ同じ大きさで、厚さは 2,000 フィート以上あります。しかし 1988 年に、私はドライ バレーの湖に戻り、自分の研究チームを率い始めました。
冬の間南極に滞在するのはどうですか?
全体として、私は 1991 年、1995 年から 1996 年、2007 年から 2008 年の 3 つの冬をここで過ごしました。ある冬、華氏マイナス 45 度は、1 か月間で最も暖かかった。私たちの主な目的は、液体の水をサンプリングすることでした。その温度では、肌につけたくないものです。
しかし、これが私がこれらの冬に行った理由です。私たちは、これらの生態系が非常に少ないエネルギー入力でどのように機能するかを理解し、一年中見たいと思っていました.それらを生かし続けているものの 1 つは、以前の地質時代に海から堆積した遺物有機物です。代謝が非常に低いため、これらの生物はこの古代の食物を消費することで生き残ることができます.
光と生物活動を測定することで、数学モデルを構築することができました。あとは、光合成の量を推定するために、湖に光度計を設置するだけでした。一部の湖では、年間 10,000 キログラムの炭素が生成されていることがわかっています。これは、氷で覆われていない湖の典型的なバイオマス生産量よりも桁違いに少ない量です。これは私たちにとって大きな進歩です。
どのようにしてボストーク湖の探査に参加したのですか?
1996 年、ロシアの科学者が率いるグループが Nature に論文を発表しました。 南極にある巨大な淡水湖について。ロシア人は標高約 12,000 フィートの孤立した場所であるボストークに観測所を設置し、気候記録のために氷床コアの調査を開始しました。彼らは掘削を続け、1999 年に、凍った湖の水のように見える別の種類の氷にぶつかったと発表しました。 (私たちはこれを降着氷と呼んでいます。厚さ約 650 フィートの湖水の層で、はるかに冷たい氷床の底に接触して凍りついたものです。)汚染が心配でした。また、氷の下にあった 1,500 万年の間に湖に蓄積された加圧ガスによる爆発または「噴出」の危険性もありました。
米国は、湖面から 11,800 フィート下、まだ湖から 490 フィート上にあった降着氷の一部を取得しました。作業する氷があまりありませんでした。私が手に入れたサンプルは、長さ約 20 インチ、直径約 3.5 インチでしたが、その氷が私の人生を変えました。研究室に持っていき、走査型電子顕微鏡で細胞や鉱物を観察し、原子間力顕微鏡で細胞を原子レベルで観察し、最もクリーンな状態で観察しました。そしてビンゴ、私たちは微生物を見始めました.降着氷から外挿して、湖の表面の細菌濃度を 1 ミリリットルあたり約 100,000 セルと推定しました。 1999 年の Science で DNA シーケンス データを発表しました。 それらの微生物の代謝データを提示した [別のチームによる] 論文と背中合わせに.
ウィランズ湖に目を向けたのはいつですか?
ボストークの論文は多くの注目を集め、氷床の下の生命を探すというまったく新しい軌道に乗った。 2000 年、私は南極研究科学委員会の東京での会合に米国代表として出席し、資金提供機関にこれらの氷底湖が実在することを納得させることを任務とするサブグループに参加しました。私はそれらを「大陸の肥沃な島々」と呼んだが、一部の懐疑論者は湖が実際にそこにあることを疑っていた.他の人たちは、もし湖が存在するのなら、放っておいた方がいいと主張しました。これらの湖のサンプルを採取できる、また採取すべきであるという確固たる事例をまとめるのに数年かかりましたが、2009 年に米国科学アカデミーが最終的にこの考えを支持しました。
ウィラン湖とマーサー湖に目を向けることにしましたが、その理由の 1 つは、それらが約 3,000 フィートの氷で覆われていたからです。また、水の量と深さに関する多くの地球物理学的データ、およびそれらが両方とも水文学的に活発であるという事実もありました。湖がいっぱいになったり排水されたりすると、氷が上下します。湖は何万年も大気から隔絶されていたにもかかわらず、水は 10 年ごとに流れ込んでいます。ドリルと実験室を含む 120 万ポンドの機器と 35,000 ガロンの燃料をマクマード基地からウィランズ湖まで運ぶのに、14 日と 12 台のトラクターが必要でした。ロス棚氷を横切る約 600 マイルの旅です。
2012 年 12 月下旬、約 2,600 フィートの氷の掘削を開始しました。 [2013 年] 1 月までに、私たちは湖に到着し、サンプルを入手して結果を確認しました。ボストークの降着氷から外挿したすべての数値 (1 ミリあたり約 100,000 セル) がウィラン湖で確認されました。そして今回は、外挿に頼る必要のない、実際の湖のサンプルからの測定値という確固たる証拠が得られました。これらはあなたが生きている瞬間です。
ウィラン湖に関するその後の研究は何を示していますか?
0.5 マイルの氷の下には日光が当たらないため、もちろん光合成はありません。代わりに、基本的に生計を立てるためにミネラルを食べるケモリソ独立栄養微生物と呼ばれる多くの微生物を特定しました。それらは無機化合物の酸化からエネルギーを得て、二酸化炭素から炭素を得ます。また、メタンが堆積物から上向きに拡散し、メタンを酸化してエネルギーにするバクテリアに燃料を供給していることも発見しました。
現在、Trista Vick-Majors [微生物生態学者で、現在はミシガン工科大学の元学生] との 2020 年の論文で、これらの氷底湖、特にウィラン湖が文字通り海に栄養を与えていることを知りました。水が湖や小川の氷河の下に長期間閉じ込められることはわかっていますが、最終的には海に流れ込みます。ウィランズ湖は約 10 年ごとに排水されます。私たちの地球物理学チームは、ウィランズ湖や他の湖から南大洋に流れ込む水路のかなり明確な画像を提供してくれました。 3,000 フィートの氷が張ったミシシッピ デルタのようなものです。ウィランズ フローがロス棚氷の下で海と合流する場所から約 6 マイル離れた場所でサンプリングを行いました。そして、氷の下の海水の微生物生態系を支えるのに十分な栄養素（炭素、窒素、リン、鉄を含む）が湖から排出されていることがわかりました。それが可能だとは誰も想像していませんでした。
マーサー湖はどのようにウィランズ湖に似ていましたか?
私たちは昨年、約 3,500 フィートの氷を通り抜けてマーサー湖に掘削し、そこでも生物を発見しました。しかし、ウィランズで見られるものとは異なり、化学的性質と溶存酸素レベルが異なります。 Mercer の細胞密度は約 10 分の 1 です。 3倍塩辛いウィランズほど生産的ではありません。マーサーは東南極から水の 3 分の 1 を調達していますが、ウィランズは西南極からほとんどの水を調達しています。
それが彼らの地球化学と栄養分にどのように影響するか、そして生命がさまざまな条件にどのように適応してきたかを調べようとしています.しかし、最も重要なことは、2 つの氷底湖に生命が存在することを示したことです。どちらも直接サンプリングされています。 2 つのケースを持つことが重要です。これで疑問は解消されるはずです。
どのようにして NASA と太陽系の生命の問題に関わったのですか?
1984 年に初めて南極大陸を訪れたとき、NASA エイムズの研究者であるクリス マッケイが現れたとき、私はニュージーランド フィールド キャンプの湖にいました。彼は素晴らしい科学者であり、私が初めて会ったカードを持った宇宙生物学者です。恒久的に氷に覆われた湖と、それらが火星にどのように存在するかについて話しました。それが始まりで、時間が経つにつれて、私はもっと関与するようになりました.たとえば、私は NASA のワーキング グループに参加し、2020 年の火星ミッションでコア サンプルを採取、保管、回収する方法の設計を支援しました。同僚と私は、サンプラーを搭載したロボットをドライ バレーの湖に投入し始めました。
1999 年の Science の最後の段落で ボストーク湖に関する論文で、私たちは次のように書いています。また、JPL のケビン ハンドとの 2012 年の論文では、ヨーロッパの海のモデルとしてのボストークのアイデアを拡張し、生命検出装置をアイス ドリルの中に含めることを提案しました。 2017 年と 2019 年には、グリーンランドの氷床に行って、エウロパに行けるドリルをテストしました。約 1 メートル掘り下げ、ボアホールをスキャンして有機物を探し、さらに別のメートルを掘り下げながら生命を探しました。うまく機能しましたが、現在の目標は完全に自律型にすることです。
NASA は、私がエウロパの掘削システムの開発に関与するように協力してくれました。エウロパの氷の厚さは少なくとも 6 マイルあり、ボストークの 2 倍以上です。海に入ることは信じられないほどの技術的偉業であり、おそらく私の生涯では起こらないでしょう.しかし、着陸船を降ろすことができました。混沌とした氷のパターンを探すと、水火山がある場所が見つかるかもしれません。亜氷海が地表近くで噴火している兆候がある場所に行きたいと思っています。
初めて南極を訪れてから、どのくらい変化しましたか?
80 年代初頭に、微生物の相互作用と生態を研究するための提案書を書いたことを覚えています。その提案を提出する場所がありませんでした。微生物は生態系の一部ではないと言われました。現在、微生物生態学には数十のジャーナルがあります。氷と氷河に覆われた湖の微生物に関して私たちが行ってきた研究は、地球上の大陸の 1 つに対する見方を変えたと同時に、太陽系外で何が見えるかについての手がかりを与えてくれました。
