Kráter

az Élet hagyományosan láttam, mint hajtott energiát a nap, de a mélytengeri élőlények nem férnek hozzá a napfény, így a biológiai közösségek körül hidrotermikus nyílásokat kell, attól függ, természetesen megtalálható a poros kémiai betétek hidrotermikus folyadékot, amelyben élnek. Korábban a bentikus oceanográfusok azt feltételezték, hogy a szellőző szervezetek a tengeri hótól függenek, mivel a mélytengeri szervezetek. Ez hagyná őket függ a növényi élet, így a nap., Néhány hidrotermális szellőztető szervezet fogyasztja ezt az “esőt”, de csak ilyen rendszerrel az életformák ritkák lennének. A környező tengerfenékhez képest azonban a hidrotermális szellőző zónák sűrűsége 10 000-100 000-szer nagyobb.

a hidrotermális szellőzőnyílásokat a kemoszintetikus alapú ökoszisztémák (CBE) típusaként ismerik el, ahol az elsődleges termelékenységet kémiai vegyületek táplálják fény helyett energiaforrásként (kemoautotrófia). A hidrotermális szellőző közösségek képesek fenntartani az ilyen hatalmas mennyiségű életet, mivel a szellőző szervezetek az élelmiszerek kemoszintetikus baktériumaitól függenek., A hidrotermális szellőzőnyílásból származó víz oldott ásványi anyagokban gazdag, és nagy mennyiségű kemoautotróf baktériumot támogat. Ezek a baktériumok kénvegyületeket, különösen hidrogén-szulfidot használnak, amely a legtöbb ismert organizmusra nagyon mérgező vegyi anyag, hogy szerves anyagot termeljenek a kemoszintézis folyamata révén.,

Biológiai communitiesEdit

Az ökoszisztéma így alakult a függő továbbra is fennáll, a kráter mezőn, mint az elsődleges energiaforrás, ami eltér a legtöbb felszíni életet a Földön, amely alapján a napenergia., Bár gyakran mondják, hogy ezek a közösségek a naptól függetlenül léteznek, egyes szervezetek valójában a fotoszintetikus szervezetek által termelt oxigéntől függenek, míg mások anaerobak.,

A chemosynthetic baktériumok nő egy vastag szőnyeg, amely vonzza a más szervezetek, mint például a amphipods, valamint az evezőlábú rákokkal, amely horzsolás után a baktériumok közvetlenül., Nagyobb szervezetek, pl. csiga, rák, rák, cső, férgek, hal (főleg eelpout, erőszakos, angolna, ophidiiforms, valamint Symphurus thermophilus), valamint a polipok (különösen Vulcanoctopus hydrothermalis), formában élelmiszer lánc ragadozó, valamint préda kapcsolatok felett az elsődleges fogyasztók. A fő családok, szervezetek körül talált tengerfenék szellőzőnyílások gyűrűsférgek, pogonophorans, csigák, valamint rákfélék, a nagy kagylók, vestimentiferan férgek, valamint a “eyeless” garnélarák, hogy a nagy részét nonmicrobial szervezetekre.

Siboglinid tube worms, which may grow to over 2 m (6.,6 láb) magas a legnagyobb fajokban, gyakran fontos részét képezik a közösségnek egy hidrotermális szellőzőnyílás körül. Nincs szájuk vagy emésztőrendszerük, valamint a parazita férgekhez hasonlóan felszívják a baktériumok által a szövetekben termelt tápanyagokat. Körülbelül 285 milliárd baktérium található uncia tubeworm szövetenként. A tubewormák vörös tollakkal rendelkeznek, amelyek hemoglobint tartalmaznak. A Hemoglobin hidrogén-szulfiddal kombinálódik, és a féreg belsejében élő baktériumokba juttatja. Cserébe a baktériumok szénvegyületekkel táplálják a férget., A hidrotermális szellőzőnyílásban élő fajok közül kettő a Tevnia jerichonana és a Riftia pachyptila. Egy felfedezett közösség, szinkronizált “angolna város”, áll elsősorban az angolna Dysommina rugosa. Bár az angolna nem ritka, a gerinctelenek általában uralják a hidrotermális szellőzőket. Angolna város közelében található Nafanua vulkáni kúp, Amerikai Szamoa.

1993-ban már több mint 100 gastropod fajról ismert, hogy hidrotermális szellőzőkben fordul elő. Több mint 300 új fajt fedeztek fel a hidrotermális szellőzőnyílásokon, ezek közül sok” testvérfaj ” másoknak, amelyek földrajzilag elválasztott szellőző területeken találhatók., Azt javasolták, hogy mielőtt az észak-amerikai lemez felülírta a közép-óceán gerincét, egyetlen biogeográfiai szellőző régiót találtak a Csendes-óceán keleti részén. Az ezt követő akadály az utazás kezdődött az evolúciós divergencia fajok különböző helyszíneken. A különböző hidrotermális nyílások közötti konvergens evolúció példáit a természetes szelekció és az evolúció egészének elméletének fő támogatásaként tekintik.

bár az élet nagyon ritka ezekben a mélységekben, a fekete dohányosok az egész ökoszisztémák központjai., A napfény nem létezik, így sok szervezet-például az archaea és az extremofilek-a fekete dohányosok által biztosított hőt, metánt és kénvegyületeket kemoszintézisnek nevezett eljárással energiává alakítja. Összetettebb életformák, például kagylók és tubewormák táplálkoznak ezeken a szervezeteken. Az élelmiszerlánc alján lévő organizmusok ásványi anyagokat is leraknak a fekete dohányos alapjába, ezáltal befejezve az életciklust.

egy fototróf baktériumfajt találtak egy fekete dohányos közelében Mexikó partjainál, 2500 m (8200 láb) mélységben., Egyetlen napfény sem hatol be ilyen messzire a vizekbe. Ehelyett a baktériumok, amelyek a Chlorobiaceae család részét képezik, a fekete dohányos halvány fényét használják a fotoszintézishez. Ez az első szervezet, amelyet a természetben fedeztek fel, hogy kizárólag a napfénytől eltérő fényt használjon a fotoszintézishez.

új és szokatlan fajokat folyamatosan fedeznek fel a fekete dohányosok környékén., A Pompeii féreg Alvinella pompejana, amely képes ellenállni a hőmérséklet akár 80 °C (176 °F), találtak az 1980-as években, és egy pikkelyes láb gastropod Chrysomallon squamiferum 2001-ben egy expedíció során az Indiai-óceán Kairei hidrotermális szellőző területén. Ez utóbbi a kalcium-karbonát helyett vas-szulfidokat (pirit és greigit) használ dermális szkleritjeinek (edzett testrészek) szerkezetéhez. Úgy gondolják, hogy a 2500 m víz (körülbelül 25 megapascal vagy 250 atmoszféra) szélsőséges nyomása szerepet játszik a vas-szulfid biológiai célú stabilizálásában., Ez a páncélzat valószínűleg védelmet nyújt a ragadozó csigák mérgező radula (fogak) ellen ebben a közösségben.

2017 márciusában a kutatók bizonyítékokat jelentettek a Föld talán legrégebbi életformáiról. Vélelmezett megkövesedett mikroorganizmusok fedeztek fel a kráter kicsapódik a Nuvvuagittuq Öv, Quebec, Kanada, lehet, hogy élt, mint a korán, mint 4.280 milliárd évvel ezelőtt történt, nem sokkal azután, hogy az óceánok alakult 4,4 milliárd évvel ezelőtt, nem sokkal megalakulása után a Föld 4.54 milliárd évvel ezelőtt.,

állati-bakteriális szimbiózisszerkesztés

a hidrotermális szellőző ökoszisztémák hatalmas biomasszával és termelékenységgel rendelkeznek; de ez a szellőzőnyílásokon kialakult szimbiotikus kapcsolatokon nyugszik. A mélytengeri hidrotermális szellőző ökoszisztémák különböznek sekély vizű és szárazföldi hidrotermális társaiktól a makro gerinctelen gazdaszervezetek és az előbbi kemoautotróf mikrobiális szimbiózisa közötti szimbiózis miatt. Mivel a napfény nem éri el a mélytengeri hidrotermális szellőzőnyílásokat, a mélytengeri hidrotermális szellőzőnyílásokban lévő organizmusok nem tudnak energiát szerezni a napból a fotoszintézis elvégzéséhez., Ehelyett a hidrotermális szellőzőkben található mikrobiális élet kemoszintetikus; a szenet a vegyi anyagok, például a szulfid energiájának felhasználásával rögzítik, szemben a nap fényenergiájával. Más szavakkal, a szimbiont a szervetlen molekulákat (H2S, CO2, O) olyan szerves molekulákká alakítja, amelyeket a gazdaszervezet táplálkozásként használ. A szulfid azonban rendkívül mérgező anyag a Föld legtöbb életében. Emiatt a tudósok megdöbbentek, amikor 1977-ben először találtak hidrotermális szellőzőket, amelyek az élettel tele voltak., Amit felfedeztek, az a kemoautotrófok mindenütt jelenlévő szimbiózisa volt, amely a szellőző állatok kopoltyúiban él (endosymbiosis); az oka annak, hogy a többsejtű élet képes túlélni a szellőztető rendszerek toxicitását. A tudósok ezért most azt vizsgálják, hogy a mikrobiális szimbionták hogyan segítik a szulfid méregtelenítését (ezért lehetővé teszik a gazdaszervezet számára, hogy túlélje az egyébként mérgező körülményeket). A mikrobiómafunkcióval kapcsolatos munka azt mutatja, hogy a gazdaszervezethez kapcsolódó mikrobiómák a gazdaszervezet fejlődésében, táplálkozásában, a ragadozók elleni védekezésben és a méregtelenítésben is fontosak., Cserébe a gazdaszervezet biztosítja a szimbiontát a kemoszintézishez szükséges vegyi anyagokkal, például szénnel, szulfiddal és oxigénnel.

a hidrotermális szellőzőnyílásokban az élet tanulmányozásának korai szakaszában különböző elméletek voltak arról, hogy a multicelluláris organizmusok milyen mechanizmusokkal képesek tápanyagokat szerezni ezekből a környezetekből, és hogyan képesek túlélni ilyen szélsőséges körülmények között. 1977-ben feltételezték, hogy a hidrotermális szellőzőnyílásokban található kemoautotróf baktériumok felelősek lehetnek a szuszpenziót tápláló kagylók étrendjéhez való hozzájárulásért.,

végül 1981-ben megértették, hogy az Óriás tubeworm táplálkozási megszerzése a kemoautotróf bakteriális endoszimbiontok eredményeként történt. Ahogy a tudósok tovább tanulmányozták az életet a hidrotermális szellőzőkben, megértették, hogy a kemoautotrófok és a makrofauna gerinctelen Fajok közötti szimbiotikus kapcsolatok mindenütt jelen voltak. 1983-ban például bebizonyosodott, hogy a kagylószövet bakteriális endoszimbiont tartalmaz; 1984-ben a vent bathymodiolid kagylókat és vesicomyid kagylókat is találtak endoszimbiontok hordozására.,

azonban azok a mechanizmusok, amelyek révén az organizmusok megszerezik szimbiózisukat, különböznek, akárcsak az anyagcsere-kapcsolatok. Például a tubewormáknak nincs szájuk és nincs bélük, de van egy “trofoszómájuk”, ahol a táplálkozással foglalkoznak, és ahol endoszimbionokat találnak. Van egy élénkvörös tolluk is, amelyet olyan vegyületek felvételére használnak, mint az O, H2S és CO2, amelyek az endoszimbiontokat trofoszómájukban táplálják., Figyelemre méltó, hogy a tubeworms hemoglobin (ami egyébként az oka a fényes vörös szín a toll) képes oxigént szállítani interferencia nélkül vagy gátlása szulfid, annak ellenére, hogy az oxigén és a szulfid általában nagyon reaktív. 2005-ben felfedezték, hogy ez a cinkionok miatt lehetséges, amelyek megkötik a hidrogén-szulfidot a tubeworms hemoglobinban, ezért megakadályozzák a szulfid reakcióját az oxigénnel. Ezenkívül csökkenti a tubeworms szövetét a szulfidnak való kitettségtől, és biztosítja a baktériumok számára a szulfidot a kemoautotrófia elvégzéséhez., Azt is felfedezték, hogy a tubeworms két különböző módon metabolizálhatja a CO2-t, és a környezeti feltételek változásakor szükség szerint váltakozhat a kettő között.

1988-ban a kutatás megerősítette a tiotróf (szulfid-oxidáló) baktériumokat az Alvinochonca hessleri-ben, egy nagy szellőző puhatestűben. A szulfid toxicitásának megkerülése érdekében a kagylók először tioszulfáttá alakítják át, mielőtt átviszik a szimbiontokba. A mozgékony szervezetek, például az alvinocarid garnélarák esetében nyomon kell követniük az oxikus (oxigénben gazdag) / anoxikus (oxigénszegény) környezetet, mivel a környezetben ingadoznak.,

a hidrotermális szellőző mezők szélén élő szervezetek, mint például a pektinid kagyló, szintén endoszimbiontokat hordoznak kopoltyúikban, ennek eredményeként baktériumsűrűségük alacsony a szellőzőnyíláshoz közelebb élő szervezetekhez képest. Azonban a kagyló függése a mikrobiális endoszimbionttól a táplálkozás megszerzéséhez is csökken.

továbbá, nem minden gazdaállatnak van endoszimbiontja; néhánynak episzimbiontja van-az állaton élő szimbionták, szemben az állat belsejében., A Közép-Atlanti gerincben található szellőzőnyílásokban található garnélarákot egykor kivételnek tekintették a szellőzőnyílások szimbiózisának szükségességétől. Ez 1988-ban megváltozott, amikor felfedezték, hogy epizimbiontokat hordoznak. Azóta a szellőzőnyílásokban más organizmusokról is megállapították, hogy epizimbionokat hordoznak, mint például a Lepetodrilis fucensis.

továbbá, míg egyes szimbionták csökkentik a kénvegyületeket, mások “metanotrófok” néven ismertek, és csökkentik a szénvegyületeket, nevezetesen a metánt., Bathmodiolid kagyló egy példa a fogadó, amely metanotróf endoszimbiontok; azonban, az utóbbi többnyire fordulnak elő hideg szivárgások, szemben a hidrotermális szellőzők.

míg a mély óceánban előforduló kemoszintézis lehetővé teszi a szervezetek számára, hogy közvetlen értelemben napfény nélkül éljenek, technikailag továbbra is a napra támaszkodnak a túlélésre, mivel az óceánban lévő oxigén a fotoszintézis mellékterméke., Ha azonban a nap hirtelen eltűnik, és a fotoszintézis megszűnik a bolygónkon, a mélytengeri hidrotermális szellőzőnyílások élete évezredek óta folytatódhat (amíg az oxigén kimerül).

A lifeEdit hidrotermális eredetének elmélete

a hidrotermális szellőzőnyílások kémiai és hődinamikája az ilyen környezeteket nagyon alkalmas termodinamikailag a kémiai evolúciós folyamatok végrehajtására., Ezért a hőenergia-fluxus állandó anyag, feltételezhetően hozzájárult a bolygó fejlődéséhez, beleértve a prebiotikus kémiát is.

Günter Wächtershäuser javasolta a vas-kén világelméletet, és felvetette, hogy az élet a hidrotermális szellőzőkből származhatott. Wächtershäuser azt javasolta, hogy az anyagcsere korai formája megelőzze a genetikát. Az anyagcserével olyan kémiai reakciók ciklusát jelentette, amelyek energiát bocsátanak ki olyan formában, amelyet más folyamatok hasznosíthatnak.,

azt javasolták, hogy az aminosav-szintézis a földkéregben mélyen bekövetkezhetett volna, és hogy ezeket az aminosavakat később hidrotermális folyadékokkal együtt hűvösebb vizekbe lőtték, ahol az alacsonyabb hőmérséklet és az agyagásványok jelenléte elősegítette volna a peptidek és protocellák kialakulását. Ez egy vonzó hipotézis a hidrotermális szellőző régiókban jelen lévő CH4 (metán) és NH3 (ammónia) bősége miatt, amelyet a Föld primitív légköre nem biztosított., Ennek a hipotézisnek a fő korlátozása a szerves molekulák stabilitásának hiánya magas hőmérsékleten, de egyesek azt sugallták, hogy az élet a legmagasabb hőmérsékletű zónákon kívül származott volna. Számos extremofil és más élőlényfaj él jelenleg közvetlenül a mélytengeri szellőzőnyílások körül, ami arra utal, hogy ez valóban lehetséges forgatókönyv.,

kísérleti kutatások és számítógépes modellezés azt mutatják, hogy a hidrotermális szellőzőnyílásokban lévő ásványi részecskék felülete hasonló katalitikus tulajdonságokkal rendelkezik az enzimekhez, és képesek egyszerű szerves molekulákat, például metanolt (CH3OH) és hangyasavat (HCO2H) létrehozni a vízben oldott CO2-ből.

úgy gondolják, hogy a lúgos hidrotermális szellőzők (fehér dohányosok) pH-értékük miatt alkalmasabbak lehetnek a feltörekvő életre, mint a fekete dohányosok.,

the Deep Hot BiosphereEdit

a The Deep Hot Biosphere című 1992-es tanulmányának elején Thomas Gold az óceán szellőzőnyílásaira utalt elméletének alátámasztására, miszerint a föld alsó szintje gazdag élő biológiai anyagban, amely a felszínre jut. Tovább bővítette ötleteit a The Deep Hot Biosphere című könyvben.,

az abiogén szénhidrogén-termelésről szóló cikk a Science journal 2008. februári számában az elveszett város hidrotermikus mezőjében végzett kísérletek adatait használta fel annak jelentésére, hogy a köpenyből származó szén-dioxidból származó kis molekulatömegű szénhidrogének abiotikus szintézise hogyan fordulhat elő ultramafikus kőzetek, víz és mérsékelt mennyiségű hő jelenlétében.