Hydrotermale vent

Livet har tradisjonelt blitt sett på som drives av energi fra sola, men deep-sea organismer har ingen tilgang til sollys, slik biologiske samfunn rundt hydrotermale ventiler må avhenge av næringsstoffene som finnes i støvete kjemiske avleiringer og hydrotermale væsker der de bor. Tidligere, Bentisk havforskere antatt at ventilen organismer er avhengig av marine snø, som deep-sea organismer er. Dette ville forlate dem avhengig av planteliv og dermed solen., Noen hydrotermale vent organismer gjøre spise dette «regn», men med bare et slikt system, livsformer ville være sparsomme. I forhold til det omkringliggende havet etasje, imidlertid, hydrotermale vent soner har en tetthet av organismer 10 000 til 100 000 ganger større.

Den hydrotermale ventiler er anerkjent som en type chemosynthetic basert økosystemer (CBE) hvor primær produktivitet er drevet av kjemiske forbindelser som energikilder i stedet for lys (chemoautotrophy). Hydrotermale vent samfunn er i stand til å opprettholde slike enorme mengder av livet fordi vent organismer er avhengig chemosynthetic bakterier i mat., Vannet fra den hydrotermale vent er rik på mineraler oppløst og støtter en stor bestand av chemoautotrophic bakterier. Disse bakteriene bruker svovel-forbindelser, spesielt hydrogensulfid, en kjemisk svært giftig for de fleste kjent organismer til å produsere organisk materiale gjennom prosessen med chemosynthesis.,

Biologiske communitiesEdit

økosystemet, slik som dannes er avhengig av den fortsatte eksistens av hydrotermale vent feltet som den primære kilden til energi, som er forskjellig fra de fleste underlag liv på Jorden, som er basert på solenergi., Men selv om det er ofte sagt at disse samfunn eksisterer uavhengig av solen, noen av organismer er faktisk avhengig av oksygen produsert av fotosyntetiske organismer, mens andre er anaerob.,

chemosynthetic bakterier vokse inn i en tykk matte som tiltrekker andre organismer, slik som amfipoder og raudåte, som beiter på bakterier direkte., Større organismer, slik som snegler, reker, krabber, rør ormer, fisk (spesielt eelpout, cutthroat ål, ophidiiforms og Symphurus thermophilus), og blekkspruter (spesielt Vulcanoctopus hydrothermalis), danner en food kjede av rovdyr og byttedyr-relasjoner over primære forbrukere. De viktigste familier av organismer som finnes rundt havbunnen ventiler er annelids, pogonophorans, gastropods, og krepsdyr, med store bivalves, vestimentiferan ormer, og «eyeless» reker gjøre opp mesteparten av nonmicrobial organismer.

Siboglinid rør ormer, som kan vokse til over 2 m (6.,6 ft) høy i de største artene, som ofte utgjør en viktig del av samfunnet rundt en hydrotermal vent. De har ingen munn eller fordøyelseskanalen, og som parasittiske ormer, absorbere næringsstoffer som produseres av bakterier i sine vev. Om 285 milliarder bakterier er funnet per unse av tubeworm vev. Tubeworms har røde fjær som inneholder hemoglobin. Hemoglobin kombinerer med hydrogensulfid og overfører den til bakterier som lever inne i ormen. I retur, bakterier næring ormen med karbonforbindelser., To av artene som lever i en hydrotermal vent er Tevnia jerichonana, og Riftia pachyptila. En oppdaget community, kalt «Ål City», består hovedsakelig av ål Dysommina rugosa. Om ål er ikke uvanlig, virvelløse dyr som vanligvis dominerer hydrotermale ventiler. Ål City ligger nær Nafanua vulkansk kjegle, Amerikansk Samoa.

I 1993, har allerede mer enn 100 gastropod arter var kjent for å oppstå i hydrotermale ventiler. Over 300 nye arter er oppdaget ved hydrotermale ventiler, mange av dem «søster arter» til andre funnet i geografisk adskilte vent områder., Det har vært foreslått at før den Nord-Amerikanske platen overrode mid-ocean ridge, det var et enkelt biogeographic vent regionen funnet i det østlige Stillehavet. Den påfølgende barriere for å reise begynte den evolusjonære divergens av arter på forskjellige steder. Eksempler på konvergent evolusjon sett mellom forskjellige hydrotermale ventiler er sett på som viktig støtte for teorien om naturlig utvalg og evolusjon som en helhet.

Selv om livet er veldig sparsom på disse dypene, svart røykere er sentre for hele økosystemer., Sollys er ikke-eksisterende, så mange organismer, for eksempel archaea og extremophiles – konverter varme, metan, og svovelholdige forbindelser som tilbys av black smokers til energi gjennom en prosess som kalles chemosynthesis. Mer komplekse livsformer, slik som muslinger og tubeworms, feed på disse organismene. Den organismer på bunnen av næringskjeden, også innskudd mineraler i bunnen av svart røyker, er derfor å fullføre livssyklusen.

En art av phototrophic bakterien har blitt funnet bor i nærheten av en svart røyker utenfor kysten av Mexico på en dybde på 2500 m (lag 8.200 ft)., Ingen sollys trenger så langt inn i vannet. I stedet, bakterier, som er en del av Chlorobiaceae familie, bruk den svake gløden fra den svarte røyker for fotosyntesen. Dette er den første organismen oppdaget i naturen for å utelukkende bruke en lett annet enn sollys for fotosyntesen.

Nye og uvanlige arter blir stadig oppdaget i området rundt black smokers., Den Pompeii ormen Alvinella pompejana, som er i stand til å motstå temperaturer opp til 80 °C (176 °F), ble funnet i 1980-årene, og en skjellete-fots gastropod Chrysomallon squamiferum i 2001 under en ekspedisjon til det Indiske Hav er Kairei hydrotermale vent feltet. Sistnevnte bruker strykejern sulfides (pyrite og greigite) for konstruksjonen av sin dermal sclerites (herdet deler av kroppen), i stedet for kalsium karbonat. Det ekstreme trykket i 2500 m av vann (ca 25 megapascals eller 250 atmosfærer) er antatt å spille en rolle i å stabilisere strykejern sulfide for biologisk hensikt., Denne pansringen sannsynligvis fungerer som et forsvar mot den giftige radula (tenner) av rov snegler i dette samfunnet.

I Mars 2017, forskere rapportert bevis på muligens den eldste former for liv på Jorden. Antatte fossile mikroorganismer ble oppdaget i hydrotermale vent bunnfall i Nuvvuagittuq Belte i Quebec, Canada, som kan ha levd så tidlig som 4.280 milliarder år siden, ikke lenge etter havene som dannet 4,4 milliarder år siden, og ikke lenge etter dannelsen av Jorden 4.54 milliarder år siden.,

Dyr-bakteriell symbiosisEdit

Hydrotermale vent økosystemer har enorm biomasse og produktivitet, men dette hviler på den symbiotiske relasjoner som har utviklet seg på ventilasjonsriller. Deep-sea hydrotermale vent økosystemer avviker fra deres grunt vann og terrestriske hydrotermale kolleger på grunn av den symbiose som oppstår mellom makro virvelløse verter og chemoautotrophic mikrobiell symbionts i tidligere. Siden sollys ikke når deep-sea hydrotermale ventiler, organismer i deep-sea hydrotermale ventilene ikke kan hente energi fra solen til å utføre fotosyntesen., I stedet, den mikrobielle liv funnet i hydrotermale ventiler er chemosynthetic; de fikse karbon ved hjelp av energi fra kjemikalier som sulfide, i motsetning til å lyse energi fra sola. Med andre ord, – symbionten ikke konverterer uorganiske molekyler (H2S, CO2, O) til organiske molekyler som vert deretter bruker som næring. Imidlertid, sulfide er et ekstremt giftig stoff som de fleste livet på Jorden. For denne grunn, forskere ble forbløffet da de først fant hydrotermale ventiler yrende liv i 1977., Det ble oppdaget ble allestedsnærværende symbiose av chemoautotrophs bor i (endosymbiosis) vent dyr’ gjellene; grunnen til at flercellede liv er i stand til å overleve toksisitet av lufte-systemer. Forskere er derfor nå å studere hvordan den mikrobielle symbionts bistand i sulfide avgiftning (derfor å la den være vert for å overleve ellers giftig forhold). Arbeid på microbiome funksjonen viser at host-forbundet microbiomes er også viktig i host utvikling, ernæring, forsvar mot rovdyr, og avgiftning., I retur, verten gir symbionten ikke med kjemikalier som kreves for chemosynthesis, for eksempel karbon, sulfide, og oksygen.

I de tidlige stadiene av å studere livet på hydrotermale ventiler, var det ulike teorier om mekanismer som flercellede organismer var i stand til å tilegne seg næringsstoffer fra disse miljøene, og hvordan de var i stand til å overleve i slike ekstreme forhold. I 1977, og det var en hypotese om at chemoautotrophic bakterier ved hydrotermale ventilene kan være ansvarlig for å bidra til diett av suspensjon fôring bivalves.,

til Slutt, i 1981, ble forstått som gigantiske tubeworm ernæring oppkjøpet som et resultat av chemoautotrophic bakteriell endosymbionts. Som forskere fortsatte å studere livet på hydrotermale ventiler, det ble forstått som symbiotisk forhold mellom chemoautotrophs og macrofauna virvelløse arter var allestedsnærværende. For eksempel, i 1983, clam gill vev ble bekreftet å inneholde bakteriell endosymbionts; i 1984 vent bathymodiolid blåskjell og vesicomyid muslinger ble også funnet å bære endosymbionts.,

Imidlertid mekanismer som organismer skaffer sine symbionts forskjellige, som gjøre det metabolske forhold. For eksempel, tubeworms har ingen munn og ingen gut, men de har en «trophosome», som er der de tilbyr med ernæring, og hvor deres endosymbionts er funnet. De har også en rød sky, som de bruker til opptak forbindelser som O, H2S og CO2, som mate endosymbionts i deres trophosome., Det er bemerkelsesverdig at tubeworms hemoglobin (som for øvrig er årsaken til den lyse røde fargen på sky) er i stand til å frakte oksygen uten forstyrrelser eller hemming fra sulfide, til tross for at oksygen og sulfide er vanligvis svært reaktiv. I 2005 ble det oppdaget at dette er mulig på grunn av sink-ioner som binder hydrogensulfid i tubeworms hemoglobin, derfor hindre sulfide reagerer med oksygen. Det reduserer også tubeworms vev fra eksponering til sulfide og gir bakterier med sulfide å utføre chemoautotrophy., Det har også blitt oppdaget at tubeworms kan forbrenne CO2 på to forskjellige måter, og kan veksle mellom de to som er nødvendig som miljømessige forhold endres.

I 1988, forskning bekreftet thiotrophic (sulfide-oksiderende) bakterier i Alvinochonca hessleri, en stor vent mollusk. For å omgå toksisitet av sulfide, blåskjell først konvertere den til thiosulfate før bærer det over til symbionts. I tilfelle av motile organismer som alvinocarid reker, de må spore oxic (oksygen-rik) / anoksiske (oksygenfattig) miljøer som de svinger i miljøet.,

Organismer som lever på kanten av hydrotermale vent felt, for eksempel pectinid kamskjell, også bære endosymbionts i gjellene, og som et resultat av deres bakteriell tettheten er lav i forhold til organismer som lever nærmere på vent. Men, kamskjell er avhengig av mikrobiell endosymbiont for å innhente deres ernæring er derfor også dårligere.

Videre, ikke alle vert dyr har endosymbionts; noen har episymbionts—symbionts leve på dyr, i motsetning til inne i dyret., Reker funnet på ventilene i den midtatlantiske Ryggen en gang var tenkt som et unntak til nødvendigheten av symbiose for macroinvertebrate overlevelse på ventilasjonsanlegget. Det endret seg i 1988, da de ble oppdaget å bære episymbionts. Siden da, andre organismer på ventilene har blitt funnet å bære episymbionts så vel som Lepetodrilis fucensis.

Videre, mens noen symbionts redusere svovel-forbindelser, andre er kjent som «methanotrophs» og redusere karbon forbindelser, nemlig metan., Bathmodiolid blåskjell er et eksempel på en vert som inneholder methanotrophic endosymbionts; imidlertid, sistnevnte for det meste forekommer i kaldt siver i motsetning til hydrotermale ventiler.

Mens chemosynthesis oppstår på deep ocean lar organismer å leve uten sollys i umiddelbar følelse, de er teknisk sett fortsatt er avhengige av solen for å overleve, siden oksygen i havet er sammensatt av fotosyntesen., Imidlertid, hvis solen var å plutselig forsvinne og fotosyntese sluttet å oppstå på vår planet, livet på deep-sea hydrotermale ventilene kunne fortsette i årtusener (til oksygen var oppbrukt).

Teori om hydrotermale opprinnelse lifeEdit

Den kjemiske og termiske dynamikk i hydrotermale vents gjør slike miljøer svært egnet thermodynamically for kjemisk evolusjon prosesser skal finne sted., Derfor, termisk energi flux er en permanent agent og er en hypotese om å ha bidratt til utviklingen av planeten, inkludert prebiotika kjemi.

Günter Wächtershäuser foreslått jern-svovel verden teori og foreslo at liv kan ha oppstått ved hydrotermale ventiler. Wächtershäuser foreslått som en tidlig form av metabolisme predated genetikk. Ved metabolisme han mente en syklus av kjemiske reaksjoner som frigjør energi i en form som kan utnyttes av andre prosesser.,

Det har blitt foreslått at aminosyre syntese kan ha skjedd dyp i jordskorpen, og at disse aminosyrene ble senere skutt opp sammen med hydrotermale væsker inn i kaldere farvann, der lavere temperaturer og tilstedeværelsen av leire mineraler ville ha bidratt til dannelsen av peptider og fotoceller. Dette er en fin hypotese grunn av overflod av CH4 (metan) og NH3 (ammoniakk), som er tilstede i hydrotermale vent regioner, er en tilstand som ikke var forutsatt av jordas opprinnelige atmosfære., En viktig begrensning til denne hypotesen er mangel på stabilitet av organiske molekyler ved høye temperaturer, men noen har antydet at livet ville ha sin opprinnelse utenfor soner i høyeste temperatur. Det er mange arter av extremophiles og andre organismer som for tiden bor umiddelbart rundt deep-sea ventiler, noe som tyder på at dette faktisk er et mulig scenario.,

Eksperimentell forskning og computer modellering tyder på at overflater av mineralske partikler i hydrotermale ventilene har lignende katalytiske egenskaper til enzymer og er i stand til å lage enkle organiske molekyler, som for eksempel metanol (CH3OH) og maursyre (HCO2H), ut av oppløst CO2 i vannet.

Det er antatt at alkaliske hydrotermale ventiler (hvit røykere) kan være mer egnet for nye liv enn svart røykere på grunn av deres pH-forhold.,

Den Dype Varme BiosphereEdit

i begynnelsen av sin 1992 papir i Den Dype Varme Biosphere, Thomas Gull referert til havet ventiler til støtte for sin teori om at lavere nivåer av jorden er rik på levende biologisk materiale som finner veien til overflaten. Han ble utvidet sine ideer i boken Den Dype Varme Biosfæren.,

En artikkel på abiogenic hydrokarbon produksjon i februar 2008 utgave av Science journal brukt data fra eksperimenter på den Tapte Byen hydrotermale felt for å rapportere hvordan de abiotiske syntese av lav molekylær masse hydrokarboner fra mantelen avledet karbondioksid kan skje i nærvær av ultramafic stein, vann -, og moderate mengder varme.