Hydrotermisk vent

livet er traditionelt blevet betragtet som drevet af energi fra solen, men dybhavsorganismer har ingen adgang til sollys, så biologiske samfund omkring hydrotermiske ventilationskanaler skal afhænge af næringsstoffer, der findes i de støvede kemiske aflejringer og hydrotermiske væsker, hvor de lever. Tidligere antog benthiske oceanografer, at udluftningsorganismer var afhængige af marine sne, som dybhavsorganismer er. Dette ville efterlade dem afhængige af plantelivet og dermed solen., Nogle hydrotermiske udluftningsorganismer forbruger denne “regn”, men med kun et sådant system ville livsformer være sparsomme. Sammenlignet med den omgivende havbund har hydrotermiske udluftnings zonesoner imidlertid en tæthed af organismer, der er 10.000 til 100.000 gange større.

de hydrotermiske ventilationskanaler anerkendes som en type kemosyntetisk baserede økosystemer (CBE), hvor den primære produktivitet drives af kemiske forbindelser som energikilder i stedet for lys (kemoautotrofi). Hydrotermiske udluftningsgrupper er i stand til at opretholde så store mængder liv, fordi udluftningsorganismer er afhængige af kemosyntetiske bakterier til mad., Vandet fra den hydrotermiske udluftning er rig på opløste mineraler og understøtter en stor population af kemoautotrofe bakterier. Disse bakterier bruger svovlforbindelser, især hydrogensulfid, et kemisk meget giftigt for de fleste kendte organismer, til at producere organisk materiale gennem kemosynteseprocessen.,

Biologiske communitiesEdit

Det økosystem, så der dannes, er afhængig af den fortsatte eksistens af hydrotermiske vent felt som den primære energikilde, som adskiller sig fra de fleste overflade liv på Jorden, der er baseret på solenergi., Selvom det ofte siges, at disse samfund eksisterer uafhængigt af solen, er nogle af organismerne faktisk afhængige af ilt produceret af fotosyntetiske organismer, mens andre er anaerobe.,

chemosynthetic bakterier vokse ind i en tyk, mat, som tiltrækker andre organismer, såsom amphipoder og vandlopper, som græsser på bakterier direkte., Større organismer, såsom snegle, rejer, krabber, rør, orme, fisk (især eelpout, cutthroat ål, ophidiiforms og Symphurus thermophilus), og blæksprutter (især Vulcanoctopus hydrothermalis), udgør en fødekæde af rovdyr og byttedyr relationer over de primære forbrugere. De hovedgrupper af organismer, der findes rundt omkring havbunden, ventilationskanaler er heraf, pogonophorans, snegle og krebsdyr, store muslinger, vestimentiferan orme, og “eyeless” rejer udgør hovedparten af nonmicrobial organismer.

Siboglinid tube orme, som kan vokse til over 2 m (6.,6 ft) høj i de største arter udgør ofte en vigtig del af samfundet omkring en hydrotermisk udluftning. De har ingen mund eller fordøjelseskanalen, og som parasitære orme absorberer næringsstoffer produceret af bakterierne i deres væv. Omkring 285 milliarder bakterier findes pr. Tube .orms har røde plumes, der indeholder hæmoglobin. Hæmoglobin kombinerer med hydrogensulfid og overfører det til de bakterier, der lever inde i ormen. Til gengæld nærer bakterierne ormen med carbonforbindelser., To af de arter, der befinder sig i en hydrotermisk udluftning, er Tevnia jerichonana og Riftia pachyptila. Et opdaget samfund, kaldet “Eel City”, består overvejende af åledysommina rugosa. Selvom ål ikke er ualmindelige, dominerer hvirvelløse dyr typisk hydrotermiske ventilationskanaler. Eel City ligger i nærheden af Nafanua volcanic cone, American Samoa.

i 1993 var der allerede kendt mere end 100 gastropodarter i hydrotermiske ventilationskanaler. Over 300 nye arter er blevet opdaget ved hydrotermiske ventilationskanaler, mange af dem “søsterarter” til andre, der findes i geografisk adskilte udluftningsområder., Det er blevet foreslået, at før den nordamerikanske plade overrode mid-ocean ridge, der var en enkelt biogeografisk vent region fundet i det østlige Stillehav. Den efterfølgende barriere for at rejse begyndte den evolutionære divergens af arter på forskellige steder. Eksemplerne på konvergent evolution set mellem forskellige hydrotermiske ventilationskanaler ses som stor støtte til teorien om naturlig udvælgelse og evolution som helhed.

selvom livet er meget sparsomt i disse dybder, er sorte rygere centrene for hele økosystemer., Sollys er ikke-eksisterende, så mange organismer – såsom archaea og e .tremophiles-omdanner varme, metan og svovlforbindelser leveret af sorte rygere til energi gennem en proces kaldet kemosyntese. Mere komplekse livsformer, såsom muslinger og tube .orms, lever af disse organismer. Organismerne i bunden af fødekæden deponerer også mineraler i bunden af den sorte ryger og afslutter derfor livscyklussen.

Der er fundet en art af fototrofisk bakterie, der bor i nærheden af en sort ryger ud for me .icos kyst i en dybde af 2,500 m (8,200 ft)., Intet sollys trænger så langt ind i vandet. I stedet bruger bakterierne, en del af familien Chlorobiaceae, den svage glød fra den sorte ryger til fotosyntese. Dette er den første organisme, der er opdaget i naturen, der udelukkende bruger et andet lys end sollys til fotosyntese.

nye og usædvanlige arter opdages konstant i nærheden af sorte rygere., Pompeji orm Alvinella pompejana, som er i stand til at modstå temperaturer op til 80 °C (176 °F), blev fundet i 1980’erne, og en skællet fod havsnegle Chrysomallon squamiferum i 2001 under en ekspedition til det Indiske Ocean ‘ s Kairei hydrotermiske aftræk område. Sidstnævnte bruger jernsulfider (pyrit og greigit) til strukturen af dets dermale scleritter (hærdede kropsdele) i stedet for calciumcarbonat. Det ekstreme tryk på 2500 m vand (cirka 25 megapascal eller 250 atmosfærer) menes at spille en rolle i stabiliseringen af jernsulfid til biologiske formål., Denne rustning plating tjener sandsynligvis som et forsvar mod den giftige radula (tænder) af rovdyr snegle i dette samfund.

i Marts 2017 rapporterede forskere bevis for muligvis de ældste former for liv på jorden. Formodede forstenede mikroorganismer blev opdaget i hydrotermiske vent svigter i Nuvvuagittuq Bælte af Quebec, Canada, der kan have levet så tidligt som 4.280 milliarder år siden, ikke lang tid efter oceaner dannes 4.4 milliarder år siden, og ikke længe efter dannelsen af Jorden 4.54 milliarder år siden.,

Dyr-bakteriel symbioseredit

hydrotermiske udluftningsøkosystemer har enorm biomasse og produktivitet; men dette hviler på de symbiotiske forhold, der har udviklet sig ved ventilationskanaler. Dybhavshydrotermiske udluftningsøkosystemer adskiller sig fra deres lavvandede og terrestriske hydrotermiske modstykker på grund af symbiosen, der forekommer mellem makro hvirvelløse værter og kemoautotrofiske mikrobielle symbionter i førstnævnte. Da sollys ikke når dybhavshydrotermiske ventilationskanaler, kan organismer i dybhavshydrotermiske ventilationskanaler ikke få energi fra solen til at udføre fotosyntese., I stedet, det mikrobielle liv, der findes ved hydrotermiske ventilationskanaler, er kemosyntetisk; de fikserer kulstof ved at bruge energi fra kemikalier såsom sulfid, i modsætning til lysenergi fra solen. Med andre ord konverterer symbiont uorganiske molekyler (H2S, CO2, O) til organiske molekyler, som værten derefter bruger som ernæring. Sulfid er imidlertid et ekstremt giftigt stof for det meste liv på jorden. Af denne grund blev forskere forbløffet, da de først fandt hydrotermiske ventilationskanaler, der vrimler af liv i 1977., Hvad der blev opdaget var den allestedsnærværende symbiose af kemoautotrofer, der lever i (endosymbiose) udluftningsdyrets gæller; grunden til, at multicellulært liv er i stand til at overleve toksiciteten af udluftningssystemer. Forskere studerer derfor nu, hvordan de mikrobielle symbionter hjælper med sulfidafgiftning (derfor tillader værten at overleve de ellers giftige forhold). Arbejdet med mikrobiomfunktionen viser, at værtsrelaterede mikrobiomer også er vigtige i værtsudvikling, ernæring, forsvar mod rovdyr og afgiftning., Til gengæld leverer værten symbiont med kemikalier, der kræves til kemosyntese, såsom kulstof, sulfid og ilt.

I de tidlige stadier af at studere livet i hydrotermiske væld, var der forskellige teorier om de mekanismer, som flercellede organismer var i stand til at tilegne sig næringsstoffer fra disse miljøer, og hvordan de var i stand til at overleve under sådanne ekstreme forhold. I 1977 blev det antaget, at de kemoautotrofe bakterier ved hydrotermiske ventilationskanaler kunne være ansvarlige for at bidrage til kosten af suspension fodring muslinger.,

endelig blev det i 1981 forstået, at kæmpe tubewormorm ernæring erhvervelse opstod som følge af kemoautotrofiske bakterielle endosymbioner. Da forskere fortsatte med at studere livet ved hydrotermiske ventilationskanaler, blev det forstået, at symbiotiske forhold mellem kemoautotrofer og makrofauna hvirvelløse arter var allestedsnærværende. For eksempel, i 1983, musling gill væv blev bekræftet at indeholde bakterielle endosymbionter; i 1984 vent bathymodiolid muslinger og vesicomyid muslinger blev også fundet at bære endosymbionter.,

de mekanismer, hvormed organismer erhverver deres symbionter, adskiller sig imidlertid, ligesom de metaboliske forhold. For eksempel har tube .orms ingen mund og ingen tarm, men de har et “trofosom”, hvor de beskæftiger sig med ernæring, og hvor deres endosymbioner findes. De har også en lys rød plume, som de bruger til at optage forbindelser som O, H2S og CO2, som fodrer endosymbionterne i deres trofosom., Bemærkelsesværdigt er tubeormsorms hæmoglobin (som i øvrigt er årsagen til den lyse røde farve på plume) i stand til at transportere ilt uden interferens eller hæmning fra sulfid, på trods af at ilt og sulfid typisk er meget reaktive. I 2005 blev det opdaget, at dette er muligt på grund af .inkioner, der binder hydrogensulfid i tubeormsorms hæmoglobin, og derfor forhindrer sulfidet i at reagere med ilt. Det reducerer også tube .orms væv fra eksponering for sulfid og giver bakterierne med sulfid til at udføre kemoautotrofi., Det er også blevet opdaget, at tubeormsorms kan metabolisere CO2 på to forskellige måder og kan skifte mellem de to efter behov, når miljøforholdene ændrer sig.

I 1988, forskning bekræftet thiotrophic (sulfid-oxiderende) bakterier i Alvinochonca hessleri, en stor vent mollusk. For at omgå sulfidets toksicitet omdanner muslinger først det til thiosulfat, før de overføres til symbionterne. I tilfælde af motile organismer, såsom alvinocarid rejer, skal de spor oxic (ilt-rige) / anoxiske (iltfattige) miljøer, som de svinger i miljøet.,

organismer, der lever ved kanten af hydrotermiske udluftningsfelter, såsom pektinidkammuslinger, bærer også endosymbioner i deres gæller, og som et resultat er deres bakterietæthed lav i forhold til organismer, der lever tættere på udluftningen. Kammuslingens afhængighed af den mikrobielle endosymbiont for at opnå deres ernæring mindskes derfor også.

desuden har ikke alle værtsdyr endosymbionter; nogle har episymbionter—symbionter, der lever på dyret i modsætning til inde i dyret., Rejer fundet ved ventilationskanaler i Mid-Atlantic Ridge blev engang tænkt som en undtagelse til nødvendigheden af symbiose for makroinvertebrate overlevelse ved ventilationskanaler. Det ændrede sig i 1988, da de blev opdaget at bære episymbionter. Siden da har andre organismer ved ventilationsåbninger også vist sig at bære episymbionter, såsom Lepetodrilis fucensis.

mens nogle symbionter reducerer svovlforbindelser, er andre kendt som “methanotrofer” og reducerer carbonforbindelser, nemlig methan., Bathmodiolid muslinger er et eksempel på en vært, der indeholder metanotrofe endosymbioner; sidstnævnte forekommer dog for det meste i kolde siver i modsætning til hydrotermiske ventilationskanaler.

Mens chemosynthesis, der forekommer på det dybe hav tillader organismer at leve uden sollys i umiddelbar forstand, at de teknisk set stadig er afhængige af solen for at overleve, da ilt i havet er et biprodukt af fotosyntese., Men hvis solen pludselig skulle forsvinde, og fotosyntesen ophørte med at forekomme på vores planet, kunne livet ved dybhavets hydrotermiske ventilationskanaler fortsætte i årtusinder (indtil iltet var udtømt).

Teori af hydrotermiske oprindelse lifeEdit

De kemiske og termiske dynamik i hydrotermiske væld gør sådanne miljøer yderst velegnet termodynamisk for kemiske evolution processer kan finde sted., Derfor er termisk energiflu.et permanent middel og antages at have bidraget til udviklingen af planeten, herunder prebiotisk Kemi.

g .nter Gchchtersh .user foreslog jern-svovl verden teori og foreslog, at livet kunne have sin oprindelse på hydrotermiske ventilationskanaler. Wchchtershuseruser foreslog, at en tidlig form for metabolisme foregik genetik. Ved metabolisme mente han en cyklus af kemiske reaktioner, der frigiver energi i en form, der kan udnyttes af andre processer.,

Det har været foreslået, at aminosyre syntese kunne have fundet sted dybt i Jordens skorpe, og at disse aminosyrer blev efterfølgende skudt op langs med hydrotermiske væsker i koldere farvande, hvor lavere temperaturer og tilstedeværelsen af ler mineraler, der ville have fremmet dannelsen af peptider og protocells. Dette er en attraktiv hypotese på grund af overflod af CH4 (methan) og NH3 (ammoniak), der findes i hydrotermiske udluftningsregioner, en tilstand, der ikke blev leveret af Jordens primitive atmosfære., En væsentlig begrænsning af denne hypotese er manglen på stabilitet af organiske molekyler ved høje temperaturer, men nogle har antydet, at livet ville have sin oprindelse uden for zonesoner med højeste temperatur. Der er adskillige arter af ekstremofiler og andre organismer, der i øjeblikket lever straks omkring dybhavsventiler, hvilket antyder, at dette faktisk er et muligt scenario.,

Eksperimentel forskning og computer-modellering viser, at overflader af mineralske partikler inde i hydrotermiske væld er lignende katalytiske egenskaber enzymer og er i stand til at skabe simple organiske molekyler, såsom methanol (CH3OH) og myresyre (HCO2H), ud af den opløste CO2 i vandet.

det antages, at alkaliske hydrotermiske ventilationskanaler (hvide rygere) muligvis er mere egnede til at komme frem i livet end sorte rygere på grund af deres pH-forhold.,

Den Dybe Varme BiosphereEdit

i begyndelsen af hans 1992 papir Dybe Varme Biosfære, Thomas Gold, der er omhandlet ocean ventilationskanaler til støtte for sin teori om, at de lavere niveauer af jorden er rig på levende biologisk materiale, der finder vej til overfladen. Han udvidede yderligere sine ideer i bogen The Deep Hot Biosphere.,

En artikel om abiogenic produktion af kulbrinter i februar 2008 udgaven af Science journal, der anvendes data fra eksperimenter på den Forsvundne By hydrotermiske feltet for at rapportere, hvordan de abiotiske syntese af lav molekylvægt carbonhydrider fra kappe udledt kuldioxid kan forekomme i tilfælde af ultramafic klipper, vand, og moderate mængder af varme.