Hydrotermální

Život je tradičně chápán jako poháněna energií ze slunce, ale hlubinných organismů bez přístupu slunečního záření, takže biologických společenstev kolem hydrotermálních průduchů musí záviset na živiny nalezené v prašném chemické vklady a hydrotermální tekutiny, ve které žijí. Dříve Bentičtí oceánografové předpokládali, že větrací organismy jsou závislé na mořském sněhu, jak jsou hlubinné organismy. To by je nechalo závislé na rostlinném životě a tedy na slunci., Některé hydrotermální větrací organismy konzumují tento „déšť“, ale pouze s takovým systémem by formy života byly řídké. Ve srovnání s okolním mořským dnem však mají hydrotermální větrací zóny hustotu organismů 10 000 až 100 000krát větší.

hydrotermální průduchy jsou uznávány jako typ chemosyntetických ekosystémů (CBE), kde je primární Produktivita poháněna chemickými sloučeninami jako zdroji energie místo světla (chemoautotrofie). Hydrotermální ventilační komunity jsou schopny udržet tak obrovské množství života, protože větrací organismy závisí na chemosyntetických bakteriích pro potraviny., Voda z hydrotermálního průduchu je bohatá na rozpuštěné minerály a podporuje velkou populaci chemoautotrofních bakterií. Tyto bakterie používání sirných sloučenin, především sirovodíku, chemické látky vysoce toxické pro většinu známých organismů, k výrobě organického materiálu prostřednictvím procesu chemosyntéza.,

Biologické communitiesEdit

ekosystém vytvořen tak, že je závislá na pokračující existenci hydrotermální pole jako primární zdroj energie, který se liší od většiny povrchu života na Zemi, který je založen na solární energii., Nicméně, i když to je často říkal, že tyto komunity existují nezávisle na slunci, některé organismy jsou ve skutečnosti závislé na kyslíku produkovaného fotosyntetických organismů, zatímco jiní jsou anaerobní.,

chemosynthetic bakterie rostou do husté rohože, které přitahuje jiné organismy, jako různonožci a klanonožců, které se pasou na bakterie přímo., Větší organismy, jako jsou šneci, krevety, krabi, trubicoví červi, ryby (zejména slimule živorodé, bezohledný úhoře, ophidiiforms a Symphurus thermophilus), a chobotnice (zejména Vulcanoctopus hydrothermalis), tvoří potravní řetězec, dravec a kořist vztahy výše, primární spotřebitelů. Hlavní rodiny organismy, které se nacházejí po mořském dně otvory jsou kroužkovci, pogonophorans, plžů a korýšů, s velkými mlži, vestimentiferan červy, a „nevidomý“ krevety, které tvoří převážnou část nonmicrobial organismů.

Siboglinidové trubkové červy, které mohou růst na více než 2 m (6.,6 ft) vysoký u největších druhů, často tvoří důležitou součást komunity kolem hydrotermálního průduchu. Nemají ústa ani trávicí trakt a stejně jako parazitické červy absorbují živiny produkované bakteriemi v jejich tkáních. Asi 285 miliard bakterií se nachází na unci tkáně tubeworm. Tubeworms mají červené plumy, které obsahují hemoglobin. Hemoglobin se kombinuje se sirovodíkem a přenáší ho na bakterie žijící uvnitř červa. Na oplátku bakterie vyživují červ sloučeninami uhlíku., Dva druhy, které obývají hydrotermální ventilaci, jsou Tevnia jerichonana a Riftia pachyptila. Jedna objevená komunita, přezdívaná „úhoř město“, se skládá převážně z úhoře Dysommina rugosa. Ačkoli úhoři nejsou neobvyklé, bezobratlí obvykle dominují hydrotermální průduchy. Úhoř město se nachází v blízkosti Nafanua sopečný kužel, Americká Samoa.

V roce 1993, již více než 100 plži druhů bylo známo, že se vyskytují v hydrotermálních průduchů. V hydrotermálních větracích otvorech bylo objeveno více než 300 nových druhů, z nichž mnohé byly „sesterskými druhy“ nalezeny v geograficky oddělených větracích oblastech., Bylo navrženo, že předtím, než Severoamerická deska překročila středooceánský hřeben, byla ve východním Pacifiku nalezena jediná biogeografická větrací oblast. Následná bariéra cestování začala evoluční divergence druhů na různých místech. Příklady konvergentní evoluce vidět mezi výraznou hydrotermální průduchy je viděn jako hlavní podporu pro teorii přírodního výběru a evoluce jako celku.

přestože je život v těchto hloubkách velmi řídký, jsou černí kuřáci centry celých ekosystémů., Sluneční světlo neexistuje, a tak mnoho organismů – jako archaea a extrémofilní – převod tepla, methanu a síry sloučeniny poskytována černých kuřáků na energii prostřednictvím procesu tzv. chemosyntéza. Složitější formy života, jako jsou škeble a tubeworms, se živí těmito organismy. Organismy na základně potravinového řetězce také uložení minerálů do základny black kuřák, tedy dokončení životního cyklu.

byl nalezen druh fototrofické bakterie žijící poblíž Černého kuřáka u pobřeží Mexika v hloubce 2 500 m (8 200 ft)., Žádné sluneční světlo nepronikne tak daleko do vod. Místo toho bakterie, které jsou součástí rodiny Chlorobiaceae, používají pro fotosyntézu slabou záři černého kuřáka. Toto je první organismus objevený v přírodě, který výhradně používá jiné světlo než sluneční světlo pro fotosyntézu.

v sousedství černých kuřáků se neustále objevují nové a neobvyklé druhy., Pompeje worm Alvinella pompejana, který je schopen odolávat teplotám až do 80 °C (176 °F), byl nalezen v roce 1980, a šupinatá-noha gastropod Chrysomallon squamiferum v roce 2001, během expedice do Indického Oceánu je Kairei hydrotermální oblasti. Ten používá sulfidy železa (pyrit a greigit) pro strukturu svých dermálních skleritů (kalené části těla) místo uhličitanu vápenatého. Extrémní tlak 2500 m vody (přibližně 25 megapascalů nebo 250 atmosfér) je myšlenka hrát roli při stabilizaci sulfid železa pro biologické účely., Toto pancéřování pravděpodobně slouží jako obrana proti jedovaté radule (zubům) dravých hlemýžďů v této komunitě.

v březnu 2017 vědci hlásili důkazy o možná nejstarších formách života na Zemi. Domnělý zkamenělé mikroorganismy byly objeveny v hydrotermální sraženin v Nuvvuagittuq Pás z Quebec, Kanada, který může žít jak brzy jako 4.280 miliardy před lety, ne dlouho po oceánech tvořily 4,4 miliardy let, a ne dlouho po vzniku Země 4,54 miliardy let.,

zvířecí bakteriální symbiózaedit

hydrotermální větrací ekosystémy mají obrovskou biomasu a produktivitu; ale to spočívá na symbiotických vztazích, které se vyvinuly ve větracích otvorech. Hlubinné hydrotermální větrací ekosystémy se liší od svých mělkých a terestrických hydrotermálních protějšků v důsledku symbiózy, ke které dochází mezi hostiteli makro bezobratlých a chemoautotrofními mikrobiálními symbionty v prvním. Od slunečního záření nedosahuje hlubinných hydrotermální průduchy, organismů v hlubokomořských hydrotermálních průduchů nelze získat energii ze slunce provádět fotosyntézu., Místo toho, mikrobiální život našel na hydrotermální průduchy jsou chemosynthetic; oni opravit uhlíku pomocí energie z chemických látek, jako sulfid, oproti světelné energie ze slunce. Jinými slovy, symbiont převádí anorganické molekuly (H2S, CO2, O) na organické molekuly, které hostitel poté používá jako výživu. Sulfid je však extrémně toxická látka pro většinu života na Zemi. Z tohoto důvodu byli vědci ohromeni, když poprvé našli hydrotermální průduchy plné života v roce 1977., To, co bylo objeveno, byla všudypřítomná symbióza chemoautotrofů žijících v (endosymbióze) žábrách ventilačních zvířat; důvod, proč je mnohobuněčný život schopen přežít toxicitu ventilačních systémů. Vědci proto nyní studují, jak mikrobiální symbionty pomáhají při detoxikaci sulfidů (což umožňuje hostiteli přežít jinak toxické podmínky). Práce na mikrobiomové funkci ukazuje, že mikrobiomy spojené s hostitelem jsou také důležité ve vývoji hostitele, výživě, obraně proti predátorům a detoxikaci., Na oplátku hostitel poskytuje symbiont s chemikáliemi potřebnými pro chemosyntézu, jako je uhlík, sulfid a kyslík.

V časných stádiích studuje život v hydrotermálních průduchů, tam byly rozdílné teorie týkající se mechanismů, které mnohobuněčných organismů byli schopni získat živiny z těchto prostředí, a jak oni byli schopni přežít v tak extrémních podmínkách. V roce 1977, to bylo předpokládal, že chemoautotrophic bakterie u hydrotermálních průduchů může být zodpovědný za přispívání do jídelníčku pozastavení krmení mlži.,

nakonec v roce 1981 bylo pochopeno, že k obrovskému získávání výživy tubeworm došlo v důsledku chemoautotrofních bakteriálních endosymbiontů. Jako vědci i nadále studovat život v hydrotermálních průduchů, bylo zřejmé, že symbiotické vztahy mezi chemoautotrophs a makrofaunu druhů bezobratlých bylo všudypřítomné. Například v roce 1983 bylo potvrzeno, že tkáň clam gill obsahuje bakteriální endosymbionty; v roce 1984 bylo zjištěno, že endosymbionty nesou také mušle vent bathymodiolid a škeble vesicomyid.,

mechanismy, kterými organismy získávají své symbionty, se však liší, stejně jako metabolické vztahy. Například tubeworms nemají ústa a střeva, ale mají „trofosom“, což je místo, kde se zabývají výživou a kde se nacházejí jejich endosymbionty. Mají také jasně červený oblak, který používají k vychytávání sloučenin, jako jsou O, H2S a CO2, které krmí endosymbionty v jejich trofosomu., Je pozoruhodné, že hemoglobin tubeworms (který je mimochodem důvodem jasně červené barvy oblaku) je schopen přenášet kyslík bez rušení nebo inhibice sulfidu, přestože kyslík a sulfid jsou obvykle velmi reaktivní. V roce 2005 bylo zjištěno, že je to možné díky iontům zinku, které váží sirovodík v tubeworms hemoglobinu, a proto zabraňují reakci sulfidu s kyslíkem. Také snižuje tubeworms tkáň z expozice sulfidu a poskytuje bakterie sulfidu provádět chemoautotrofii., Bylo také zjištěno, že tubeworms mohou metabolizovat CO2 dvěma různými způsoby a mohou se mezi nimi střídat podle potřeby, jak se mění podmínky prostředí.

V roce 1988, výzkum potvrdil, thiotrophic (sulfid-oxidujících) bakterie v Alvinochonca hessleri, velký otvor měkkýš. Aby se zabránilo toxicitě sulfidu, mušle jej nejprve převádějí na thiosíran, než je přenesou na symbionty. V případě pohyblivých organismů, jako jsou alvinocarid krevety, musí sledovat oxic (bohaté na kyslík) / anoxické (na kyslík chudé) prostředí, jak se pohybovat v prostředí.,

Organismy žijící na okraji hydrotermální pole, jako pectinid mušle, také nést endosymbionts v jejich žábry, a jako výsledek jejich bakteriální hustota je nízká ve srovnání s organismy žijící blíže k otvoru. Závislost hřebenatky na mikrobiálním endosymbiontu pro získání jejich výživy je však také snížena.

kromě toho ne všechna hostitelská zvířata mají endosymbionty; některé mají episymbionty-symbionty žijící na zvířeti na rozdíl od zvířete uvnitř., Krevety nalézt na otvory v Střední-Atlantik Ridge byly jednou myšlenka jako výjimku nutnost symbiózy pro macroinvertebrate přežití na otvory. To se změnilo v roce 1988, kdy bylo zjištěno, že nesou episymbionty. Od té doby bylo zjištěno, že další organismy ve větracích otvorech nesou také episymbionty, jako je Lepetodrilis fucensis.

kromě toho, zatímco některé symbionty snižují sloučeniny síry, jiné jsou známé jako „methanotrofy“ a snižují sloučeniny uhlíku, jmenovitě metan., Bathmodiolid mušle jsou příkladem hostitele, který obsahuje methanotrophic endosymbionts; nicméně, tyto se vyskytují hlavně v chladném prosakuje oproti hydrotermální průduchy.

Zatímco chemosynthesis vyskytující se v hlubokém oceánu umožňuje organismům žít bez slunečního světla v bezprostřední smysl, jsou technicky stále spoléhají na slunci, o přežití, protože kyslík v oceánu je vedlejší produkt fotosyntézy., Nicméně, pokud se slunce náhle zmizí a fotosyntézy přestal se vyskytují na naší planetě, život v hlubinných hydrotermální průduchy mohl pokračovat po tisíciletí (dokud je kyslík vyčerpán).

Teorie hydrotermální původ systémeditovat

chemické a tepelné dynamiky v hydrotermálních průduchů je takové prostředí velmi vhodný termodynamicky pro chemické evoluce procesy probíhat., Proto je tok tepelné energie trvalým činidlem a předpokládá se, že přispěl k vývoji planety, včetně prebiotické chemie.

Günter Wächtershäuser navrhl teorii světa železa a síry a navrhl, že život mohl vzniknout v hydrotermálních větracích otvorech. Wächtershäuser navrhl, že časná forma metabolismu předcházela genetice. Metabolizmem myslel cyklus chemických reakcí, které uvolňují energii ve formě, kterou lze využít jinými procesy.,

bylo navrženo, že aminokyselin syntéza by došlo hluboko v Zemské kůře a že tyto aminokyseliny jsou následně střílel spolu s hydrotermální kapaliny do chladnější vody, kde se nižší teploty a přítomnost jílových minerálů by měl podporovat tvorbu peptidů a prvobuňky. Je to atraktivní hypotéza, protože množství CH4 (methanu) a NH3 (amoniak), přítomných v hydrotermální regionů, stav, který není poskytována Zemi primitivní atmosféra., Hlavní omezení této hypotézy je nedostatek stability organických molekul při vysokých teplotách, ale někteří se domnívají, že by život vznikl mimo zóny nejvyšší teplota. Existuje mnoho druhů extremofilů a dalších organismů, které v současné době žijí bezprostředně kolem hlubinných průduchů, což naznačuje, že je to skutečně možný scénář.,

Experimentální výzkum a počítačové modelování ukazují, že povrchů minerálních částic uvnitř hydrotermální průduchy mají podobné katalytické vlastnosti enzymů a jsou schopni vytvořit jednoduché organické molekuly, jako jsou metanol (CH3OH) a kyseliny mravenčí (HCO2H), z rozpuštěného CO2 ve vodě.

předpokládá se, že alkalické hydrotermální průduchy (bílé kuřáky) mohou být vhodnější pro vznikající život než černí kuřáci kvůli jejich pH podmínkám.,

Hluboké Horké BiosphereEdit

Na začátku svého 1992 papír Hluboké Horké Biosféry, Thomas Gold uvedené oceánu otvory na podporu své teorie, že nižší úrovně země jsou bohaté v obývacím biologický materiál, který najde svou cestu k povrchu. Své nápady dále rozšířil v knize Hluboká horká biosféra.,

článek o abiogenic těžby uhlovodíků v únoru 2008 vydání vědeckého časopisu použity údaje z pokusů na Ztracené Město hydrotermální pole pro zprávu, jak abiotická syntéza nízká molekulární hmotnost uhlovodíků z pláště odvozených oxidu uhličitého může dojít v přítomnosti ultramafic hornin, vody, a mírné množství tepla.