Hydrothermal vent

Elämä on perinteisesti nähty ohjaavat energiaa auringosta, mutta syvänmeren eliöt ei ole pääsyä auringonvalolle, joten biologiset yhteisöt ympäri hydrotermisiä on riippuvainen ravinteiden löytynyt pölyinen kemiallinen talletukset ja hydrotermiset fluidit, jossa he elävät. Aiemmin Benthic oceanographers oletti vent-eliöiden olevan riippuvaisia meren lumesta, kuten syvänmeren eliöt ovat. Näin ne jäisivät riippuvaisiksi kasvista ja siten auringosta., Jotkut hydrotermiset tuuletusorganismit kuluttavat tätä ”sadetta”, mutta vain tällaisella järjestelmällä elämänmuodot olisivat harvassa. Ympäröivään merenpohjaan verrattuna hydrotermiset tuuletusvyöhykkeet ovat kuitenkin eliöiden tiheys 10 000-100 000 kertaa suurempi.

hydrotermiset halkeamat ovat tunnustettu tyyppi chemosynthetic perustuu ekosysteemien (CBE), jossa ensisijainen tuottavuuden ruokkivat kemiallisia yhdisteitä, kuten energialähteiden sijaan valo (chemoautotrophy). Hydrotermiset vent-yhteisöt pystyvät elättämään niin suuria määriä elämää, koska vent-eliöt ovat riippuvaisia ravinnokseen kemosynteettisistä bakteereista., Hydrotermisen ventilaation vedessä on runsaasti liuenneita mineraaleja ja se tukee suurta kemoautotrofisten bakteerien populaatiota. Nämä bakteerit käyttävät rikkiyhdisteitä, erityisesti rikkivetyä, kemiallinen erittäin myrkyllisiä tunnetuin organismeja, tuottaa orgaanista materiaalia läpi prosessin kemosynteesi.,

Biologinen communitiesEdit

ekosysteemin niin muodostuu, on riippuvainen jatkuvasta olemassaolosta syvänmeren savuttajaa alalla kuin ensisijainen energian lähde, joka poikkeaa eniten pinta-elämään Maan päällä, joka perustuu auringon energiaan., Kuitenkin, vaikka se on usein sanonut, että nämä yhteisöt ovat olemassa riippumatta siitä, aurinkoa, jotkut organismit ovat todella riippuvaisia happea tuotetaan fotosynteesin organismit, kun taas toiset ovat anaerobisia.,

chemosynthetic bakteerit kasvaa paksu matto, joka houkuttelee muita organismeja, kuten katkoja ja hankajalkaiset, joka laiduntaa, kun bakteerit suoraan., Suuremmat eliöt, kuten etanat, katkarapuja, rapuja, putki, matoja, kalaa (erityisesti kivinilkka, cutthroat ankerias, ophidiiforms ja Symphurus thermophilus), ja mustekaloja (erityisesti Vulcanoctopus hydrothermalis), lomake-ruoka-ketjun tiloihin ja saalistajan ja saaliin suhteita yllä ensisijainen kuluttajille. Tärkeimmät perheille organismien löytyy ympäri merenpohjaa tuuletusaukot ovat annelids, pogonophorans, merikotilot ja äyriäiset, suuret simpukat, vestimentiferan matoja, ja ”silmätön” katkarapu muodostavat pääosan nonmicrobial organismeja.

Siboglinidiputkimatoja, jotka voivat kasvaa yli 2 metrisiksi (6.,6 ft) pitkä suurimmissa lajeissa, usein muodostavat tärkeän osan yhteisöä hydrotermiset tuuletusaukko. Niillä ei ole suuta eikä ruoansulatuskanavaa, ja ne imevät loismatojen tavoin bakteerien tuottamia ravintoaineita kudoksissaan. Tubeworm-kudosta on noin 285 miljardia bakteeria unssilta. Tubeworms on punainen plumes, jotka sisältävät hemoglobiini. Hemoglobiini yhdistyy rikkivetyyn ja siirtää sen madon sisällä eläviin bakteereihin. Vastineeksi bakteerit ravitsevat matoa hiiliyhdisteillä., Kaksi lajia, jotka elävät syvänmeren savuttajaa ovat Tevnia jerichonana, ja Riftia pachyptila. Yksi löydetty yhteisö, nimeltään ”ankerias kaupunki”, koostuu pääasiassa ankerias Dysommina rugosa. Vaikka ankeriaat eivät ole harvinaisia, selkärangattomat hallitsevat tyypillisesti hydrotermisiä tuuletusaukkoja. Ankerias kaupunki sijaitsee lähellä Nafanua vulkaaninen kartio, American Samoa.

Vuonna 1993 jo yli 100 kotilo lajeja olivat tiedossa esiintyä hydrotermiset halkeamat. Yli 300 uusia lajeja on löydetty syvänmeren savuttajien luona, monet heistä ”sisar laji” muille löytyy maantieteellisesti erillään vent-alueilla., On ehdotettu, että ennen Pohjois-Amerikan levy syrjäytti mid-ocean ridge, siellä oli yksi biologis vent alueella havaittiin itäisellä Tyynellämerellä. Myöhempi matkustamisen este aloitti lajien evolutionaarisen erilaisuuden eri paikoissa. Esimerkkejä convergent evolution välillä nähdään selvä hydrotermisiä on nähty merkittävänä tuen teoria luonnonvalinnan ja evoluution kokonaisuutena.

vaikka elämä on näissä syvyyksissä hyvin harvaa, Mustat tupakoitsijat ovat kokonaisten ekosysteemien keskuksia., Auringonvalo on olematon, joten monet organismit – kuten arkkien ja ekstremofiilejä – muuntaa lämpöä, metaania ja rikin yhdisteitä edellyttäen, musta tupakoitsijat energiaa läpi prosessia kutsutaan kemosynteesi. Monimutkaisemmat elämänmuodot, kuten simpukat ja tubewormit, syövät näitä eliöitä. Eliöt juuressa elintarvikeketjua myös talletus mineraaleja pohja musta tupakoitsija, siksi päätökseen elinkaaren.

laji fototrofisten bakteeria on löydetty lähellä asuvat musta tupakoitsija Meksikon rannikolla syvyys 2500 m (8,200 ft)., Auringonvalo ei pääse niin kauas vesistöihin. Sen sijaan, bakteerit, osa Chlorobiaceae perhe, käyttää heikottaa hehku musta tupakoitsija yhteyttämiseen. Tämä on ensimmäinen luonnossa tavattu organismi, joka käyttää fotosynteesiin yksinomaan muuta valoa kuin auringonvaloa.

mustien tupakoitsijoiden naapurustosta löytyy jatkuvasti uusia ja epätavallisia lajeja., Myös Pompeijin worm Alvinella pompejana, joka on kestettävä lämpötilat, jopa 80 °C (176 °F), havaittiin 1980-luvulla, ja hilseilevä-jalka kotilo Chrysomallon squamiferum vuoden 2001 aikana retkikunta Intian Valtameren Kairei syvänmeren savuttajaa alalla. Jälkimmäinen käyttää rauta-sulfidit (rikkikiisu ja greigite) rakenne sen ihon sclerites (karkaistu kehon osaa), eikä kalsiumkarbonaattia. Äärimmäinen paine 2500 m vettä (noin 25 megapascals tai 250 ilmakehää) on ajateltu rooli vakauttamisessa rautasulfidia biologisten tarkoituksiin., Tämä panssarointi toimii luultavasti puolustuksena tuon yhteisön saalistavien etanoiden myrkyllistä radulaa (hampaita) vastaan.

maaliskuussa 2017 tutkijat raportoivat todisteita mahdollisesti maailman vanhimmista elämänmuodoista. Oletetun kivettyneet mikro-organismeja löydettiin syvänmeren savuttajaa saostuu vuonna Nuvvuagittuq Vyö Quebec, Kanada, jotka voivat ovat asuneet jo 4.280 miljardia vuotta sitten, ei kauan sen jälkeen, kun valtameret muodostuivat 4,4 miljardia vuotta sitten, ja ei kauan sen jälkeen, kun muodostumista Maan 4.54 miljardia vuotta sitten.,

Eläin-bakteeri symbiosisEdit

syvänmeren savuttajaa ekosysteemejä on valtava biomassa ja tuottavuutta, mutta tämä perustuu symbioottinen suhteita, jotka ovat kehittyneet tällä tuuletusaukot. Syvänmeren syvänmeren savuttajaa ekosysteemit eroavat matala-veden-ja maanpäällisten hydrotermiset kollegansa, koska symbioosi, joka esiintyy välillä makro selkärangattomien isännät ja chemoautotrophic mikrobien symbionteista entisessä. Koska auringonvalo ei saavuta syvänmeren hydrotermisiä tuuletusaukkoja, syvänmeren hydrotermisissä tuuletusaukoissa eliöt eivät voi saada auringosta energiaa fotosynteesin suorittamiseen., Sen sijaan mikrobien elämää osoitteessa hydrotermiset halkeamat ovat chemosynthetic; he korjata hiiltä käyttämällä energiaa kemikaaleja, kuten rikkivetyä, toisin kuin valon energiaa auringosta. Toisin sanoen symbiootti muuntaa epäorgaaniset molekyylit (H2S, CO2, O) orgaanisiksi molekyyleiksi, joita isäntä sitten käyttää ravintonaan. Sulfidi on kuitenkin erittäin myrkyllinen aine useimmille maapallon elämille. Tästä syystä tiedemiehet olivat hämmästyneitä, kun he löysivät ensimmäisen kerran hydrotermiset tuuletusaukot, jotka olivat täynnä elämää vuonna 1977., Mitä löydettiin oli arjen symbioosi chemoautotrophs asuvat (endosymbiosis) aukko eläinten kidukset; syy, miksi monisoluisen elämän kykenee selviytymään myrkyllisyys vent järjestelmiä. Tutkijat ovat siis nyt tutkii, miten mikrobien symbionteista tukea rikkivetyä vieroitus (siis mahdollistaa isäntä hengissä muuten myrkyllisiä ehtoja). Työ microbiome-toiminto osoittaa, että host-liittyvät microbiomes ovat myös tärkeitä isäntä kehitys, ravitsemus, suojaa saalistajia, ja vieroitus., Vastineeksi, isäntä tarjoaa symbiootti kemikaaleja tarvitaan kemosynteesi, kuten hiilidioksidia, rikkivetyä ja happea.

alkuvaiheessa opiskelu elämä syvänmeren savuttajien luona, siellä oli erilaisia teorioita koskien mekanismeja, joilla solu-organismit pystyivät hankkimaan ravinteita näissä ympäristöissä, ja miten he olivat selvinneet tällaisissa äärimmäisissä olosuhteissa. Vuonna 1977, se oli arveltu, että chemoautotrophic bakteerit syvänmeren savuttajien luona voi olla vastuussa edistää ruokavaliossa jousitus ruokinta simpukat.,

lopulta vuonna 1981 ymmärrettiin, että jättimäinen tubeworm nutrition-hankinta tapahtui kemoautotrofisen bakteerin endosymbionttien seurauksena. Kun tutkijat jatkoivat elämän tutkimista hydrotermisillä venttiileillä, ymmärrettiin, että symbioottiset suhteet kemoautotrofien ja makrofaunan selkärangattomien lajien välillä olivat kaikkialla läsnä. Esimerkiksi vuonna 1983, simpukka gill kudoksen vahvistettiin sisältävät bakteeri-endosymbionts; vuonna 1984 vent bathymodiolid simpukoita ja vesicomyid simpukoita löytyi myös kuljettaa endosymbionts.,

kuitenkin mekanismit, joilla eliöt saavat symbionttinsa, eroavat toisistaan, samoin metaboliset suhteet. Esimerkiksi, tubeworms ei ole suun ja ei suolistossa, mutta ne eivät ole ”trophosome”, jossa he käsittelevät ravitsemus-ja missä niiden endosymbionts löytyy. Heillä on myös kirkkaan punainen töyhtö, jota he käyttävät kertymä yhdisteitä, kuten O -, H2S-ja CO2, jotka syöttävät endosymbionts niiden trophosome., Merkillistä, tubeworms hemoglobiini (joka muuten on syy kirkkaan punainen väri plume) pystyy kuljettamaan happea ilman häiriöitä tai eston rikkivetyä, huolimatta siitä, että happea ja rikkivetyä ovat yleensä hyvin reaktiivisia. Vuonna 2005 todettiin, että tämä on mahdollista, koska sinkki-ioneja, jotka sitovat rikkivetyä tubeworms hemoglobiini, estää näin sulfidi reagoi hapen kanssa. Se myös vähentää tubeworms-kudosta sulfidialtistuksesta ja tarjoaa bakteereille sulfidia kemoautotrofian suorittamiseen., On myös havaittu, että tubeworms voi aineenvaihdunta CO2 kahdella eri tavalla, ja voi vuorotellen kahta tarvittaessa, kun ympäristön olosuhteet muuttuvat.

Vuonna 1988, tutkimus vahvisti, thiotrophic (sulfidi-hapettavat) bakteerien Alvinochonca hessleri, suuri aukko nilviäinen. Sulfidin myrkyllisyyden kiertämiseksi simpukat muuttavat sen ensin tiosulfaatiksi ennen kuin kuljettavat sen symbiontteihin. Jos liikkuvien organismien, kuten alvinocarid katkarapuja, ne täytyy seurata oxic (hapekasta) / hapettomissa (happi-huono) ympäristöissä, koska ne vaihtelevat ympäristössä.,

– Organismeja, jotka elävät reunalla syvänmeren savuttajaa aloilla, kuten pectinid kampasimpukat, myös kuljettaa endosymbionts niiden kidukset, ja seurauksena niiden bakteerien tiheys on alhainen suhteessa organismeja, jotka elävät lähempänä vent. Sen vuoksi myös kampasimpukan riippuvuus mikrobien endosymbiontista niiden ravinnon saamiseksi vähenee.

lisäksi kaikilla isäntäeläimillä ei ole endosymbiontteja; joillakin on episymbiontteja—symbiontteja, jotka elävät eläimessä, toisin kuin eläimen sisällä., Katkarapu osoitteessa tuuletusaukkojen Keski-Atlantin Ridge olivat kerran ajatellut kuin poikkeus välttämättömyys symbioosi macroinvertebrate selviytymisen tuuletusaukot. Se muuttui vuonna 1988, kun heidän huomattiin kantavan episymbiontteja. Sen jälkeen on löydetty myös muita episymbiontteja kuljettavia eliöitä, kuten Lepetodrilis fucensis.

lisäksi jotkut symbiontit pelkistävät rikkiyhdisteitä, toiset tunnetaan nimellä ”metanotrofit” ja pelkistävät hiiliyhdisteitä eli metaania., Bathmodiolid simpukat ovat esimerkki isäntä, joka sisältää methanotrophic endosymbionts; kuitenkin, jälkimmäinen enimmäkseen esiintyy kylmä tihkuu vastakohtana hydrotermiset halkeamat.

Kun kemosynteesi tapahtuvat syvällä meressä avulla organismien elää ilman auringonvaloa välittömässä merkityksessä, ne teknisesti edelleen luottaa aurinko hengissä, koska hapen meressä on sivutuotteena fotosynteesi., Kuitenkin, jos aurinko yhtäkkiä kadota ja fotosynteesi enää esiintyä maapallolla, elämä syvänmeren hydrotermiset halkeamat voisi jatkaa vuosituhansien ajan (kunnes happi oli tyhjentynyt).

Teoria hydrotermisen alkuperä lifeEdit

kemiallinen ja terminen dynamiikkaa hydrotermiset halkeamat tekee tällaisia ympäristöjä erittäin sopiva termodynaamisesti kemiallisen evoluution prosesseja tapahtua., Siksi lämpöenergiavirta on pysyvä aine ja sen oletetaan vaikuttaneen planeetan kehitykseen, myös prebioottiseen kemiaan.

Günter Wächtershäuser ehdotti rauta-rikki-maailman teoriaa ja esitti, että elämä olisi voinut saada alkunsa hydrotermisistä tuuletusaukoista. Wächtershäuser ehdotti, että varhainen aineenvaihdunnan muoto olisi edeltänyt genetiikkaa. Aineenvaihdunnalla hän tarkoitti kemiallisten reaktioiden kiertoa, joka vapauttaa energiaa muodossa, joka voidaan valjastaa muiden prosessien avulla.,

on ehdotettu, että aminohappo synteesi voisi olla tapahtunut syvällä maankuoren ja että nämä aminohapot olivat myöhemmin ampui yhdessä hydrotermiset fluidit osaksi jäähdytin vesillä, missä alemmat lämpötilat ja läsnäolo savimineraalit olisi edistää muodostumista peptidejä ja protocells. Tämä on houkutteleva hypoteesi, koska runsaasti CH4 (metaani) ja NH3 (ammoniakki) läsnä syvänmeren savuttajaa alueilla, edellyttäen, että ei ole esittänyt Maan primitiivinen tunnelma., Merkittävä rajoitus tämä hypoteesi on vakauden puute orgaanisten molekyylien korkeissa lämpötiloissa, mutta jotkut ovat ehdottaneet, että elämä olisi saanut alkunsa ulkopuolella alueilla korkein lämpötila. On olemassa lukuisia ekstremofiilejä ja muita eliöitä, jotka elävät tällä hetkellä välittömästi syvänmeren tuuletusaukkojen ympärillä, mikä viittaa siihen, että tämä on todellakin mahdollinen skenaario.,

Kokeellinen tutkimus ja tietokone mallinnus osoittaa, että pinnat mineraali hiukkasia sisällä hydrotermiset halkeamat ovat samanlaisia katalyyttinen ominaisuudet entsyymejä ja osaa luoda yksinkertaisia orgaanisia molekyylejä, kuten metanoli (CH3OH) ja muurahaishappoa (HCO2H), ulos liuennut CO2 vedessä.

arvellaan, että emäksiset hydrotermiset tuuletusaukot (valkoiset tupakoitsijat) saattavat pH-olosuhteidensa vuoksi sopia paremmin nousevaan elämään kuin mustat tupakoitsijat.,

Syvä Kuuma BiosphereEdit

– alussa hänen vuoden 1992 kirjassa The Deep Hot Biosphere, Thomas Gold tarkoitettu ocean tuuletusaukkojen tukea hänen teoria siitä, että alemman maa on runsaasti elävää biologista materiaalia, joka löytää tiensä pinnalle. Hän laajensi edelleen ajatuksiaan kirjassa the Deep Hot Biosphere.,

artikkelin abiogenic hiilivedyn tuotanto päivänä helmikuuta 2008, kysymys Tiede-lehti käyttää tietoja kokeiluja Kadonnut Kaupunki hydrotermiset kenttä ilmoittaa, kuinka abioottinen synteesi alhainen molekyylimassa hiilivedyt alkaen vaipan johdettu hiilidioksidi voi esiintyä läsnäollessa ultramafic rocks, vesi, ja kohtalaisia määriä lämpöä.