tradicionalmente se ha considerado que la vida es impulsada por la energía del sol, pero los organismos de los fondos marinos no tienen acceso a la luz solar, por lo que las comunidades biológicas alrededor de los respiraderos hidrotérmicos deben depender de los nutrientes que se encuentran en los depósitos químicos polvorientos y los fluidos hidrotérmicos en los que viven. Anteriormente, los oceanógrafos bentónicos asumían que los organismos de ventilación dependían de la nieve marina, como lo son los organismos de aguas profundas. Esto los dejaría dependientes de la vida vegetal y por lo tanto del sol., Algunos organismos de respiraderos hidrotermales consumen esta «lluvia», pero con solo un sistema de este tipo, las formas de vida serían escasas. Sin embargo, en comparación con el fondo marino circundante, las zonas de respiraderos hidrotérmicos tienen una densidad de organismos de 10.000 a 100.000 veces mayor.
los respiraderos hidrotermales son reconocidos como un tipo de ecosistemas basados en quimiosintéticos (ECM) donde la productividad primaria es alimentada por compuestos químicos como fuentes de energía en lugar de luz (quimioautotrofia). Las comunidades de respiraderos hidrotermales son capaces de mantener grandes cantidades de vida porque los organismos de respiraderos dependen de bacterias quimiosintéticas para su alimentación., El agua del respiradero hidrotermal es rica en minerales disueltos y soporta una gran población de bacterias quimioautotróficas. Estas bacterias usan compuestos de azufre, particularmente sulfuro de hidrógeno, un químico altamente tóxico para la mayoría de los organismos conocidos, para producir material orgánico a través del proceso de quimiosíntesis.,
Comunidades Biológicaseditar
el ecosistema así formado depende de la existencia continua del campo de respiraderos hidrotermales como fuente primaria de energía, que difiere de la mayoría de la vida superficial en la tierra, que basado en energía solar., Sin embargo, aunque a menudo se dice que estas comunidades existen independientemente del sol, algunos de los organismos en realidad dependen del oxígeno producido por organismos fotosintéticos, mientras que otros son anaeróbicos.,
Una densa fauna (Kiwa anomurans y Vulcanolepas-como acechaba a los percebes) cercano Oriente Scotia rejillas
Gigantes gusanos de tubo (Riftia pachyptila) agruparse alrededor de los respiraderos en las islas Galápagos Rift
Las bacterias quimiosintéticas crecer en una gruesa alfombra que atrae a otros organismos, tales como anfípodos y copépodos, que pastan en las bacterias directamente., Los organismos más grandes, como caracoles, camarones, cangrejos, gusanos tubulares, peces (especialmente anguilas, anguilas degolladas, ofidiiformes y Symphurus thermophilus) y pulpos (especialmente Vulcanoctopus hydrothermalis), forman una cadena alimenticia de relaciones de depredadores y presas por encima de los consumidores primarios. Las principales familias de organismos que se encuentran alrededor de los respiraderos del fondo marino son anélidos, pogonóforos, gasterópodos y crustáceos, con grandes bivalvos, gusanos vestimentíferos y camarones «sin ojos» que constituyen la mayor parte de los organismos no microbiales.
gusanos tubulares de Siboglínidos, que pueden crecer hasta más de 2 m (6.,6 pies) de altura en las especies más grandes, a menudo forman una parte importante de la comunidad alrededor de un respiradero hidrotermal. No tienen boca ni tracto digestivo, y al igual que los gusanos parásitos, absorben los nutrientes producidos por las bacterias en sus tejidos. Alrededor de 285 mil millones de bacterias se encuentran por onza de tejido tubeworm. Gusanos de tubo rojo plumas que contienen hemoglobina. La hemoglobina se combina con sulfuro de hidrógeno y lo transfiere a las bacterias que viven dentro del gusano. A cambio, las bacterias nutren al gusano con compuestos de carbono., Dos de las especies que habitan un respiradero hidrotermal son Tevnia jerichonana y Riftia pachyptila. Una comunidad descubierta, apodada «ciudad de la anguila», consiste predominantemente en la anguila Dysommina rugosa. Aunque las anguilas no son infrecuentes, los invertebrados suelen dominar los respiraderos hidrotermales. Eel City se encuentra cerca del cono volcánico Nafanua, Samoa Americana.
en 1993, ya se sabía que había más de 100 especies de gasterópodos en respiraderos hidrotermales. Se han descubierto más de 300 nuevas especies en respiraderos hidrotermales, muchas de ellas «especies hermanas» a otras encontradas en áreas de respiraderos geográficamente separadas., Se ha propuesto que antes de que la placa Norteamericana sobrepasara la dorsal oceánica Media, había una sola región de respiradero biogeográfico en el Pacífico Oriental. La subsiguiente barrera para viajar comenzó la divergencia evolutiva de las especies en diferentes lugares. Los ejemplos de evolución convergente observados entre distintos respiraderos hidrotermales se consideran un apoyo importante para la teoría de la selección natural y de la evolución en su conjunto.
aunque la vida es muy escasa en estas profundidades, los fumadores negros son los centros de ecosistemas enteros., La luz solar es inexistente, por lo que muchos organismos, como las arqueas y los extremófilos, convierten el calor, el metano y los compuestos de azufre proporcionados por los fumadores negros en energía a través de un proceso llamado quimiosíntesis. Las formas de vida más complejas, como las almejas y los gusanos tubulares, se alimentan de estos organismos. Los organismos en la base de la cadena alimenticia también depositan minerales en la base del fumador negro, completando así el ciclo de vida.
se ha encontrado una especie de bacteria fototrófica que vive cerca de un fumador negro frente a la costa de México a una profundidad de 2,500 m (8,200 pies)., La luz del sol no penetra tan lejos en las aguas. En cambio, las bacterias, parte de la familia de las Clorobiáceas, utilizan el débil resplandor del fumador negro para la fotosíntesis. Este es el primer organismo descubierto en la naturaleza que utiliza exclusivamente una luz diferente a la luz solar para la fotosíntesis.
constantemente se descubren especies nuevas e inusuales en el vecindario de los fumadores negros., El gusano de Pompeya Alvinella pompejana, que es capaz de soportar temperaturas de hasta 80 °C (176 °F), Se encontró en la década de 1980, y un gasterópodo de pie escamoso Chrysomallon squamiferum en 2001 durante una expedición al campo de ventilación hidrotermal kairei del Océano Índico. Este último utiliza sulfuros de hierro (pirita y greigita) para la estructura de sus escleritos dérmicos (partes del cuerpo endurecidas), en lugar de carbonato de calcio. Se cree que la presión extrema de 2500 m de agua (aproximadamente 25 megapascales o 250 atmósferas) juega un papel en la estabilización del sulfuro de hierro con fines biológicos., Este blindaje probablemente sirve como una defensa contra la rádula venenosa (dientes) de los caracoles depredadores en esa comunidad.
en marzo de 2017, Los investigadores reportaron evidencia de posiblemente las formas más antiguas de vida en la Tierra. Se descubrieron microorganismos fosilizados putativos en precipitados de respiraderos hidrotermales en el cinturón de Nuvvuagittuq de Quebec, Canadá, que pueden haber vivido tan pronto como hace 4.280 mil millones de años, no mucho después de que los océanos se formaran hace 4.4 mil millones de años, y no mucho después de la formación de la Tierra hace 4.54 mil millones de años.,
simbiosis animal-bacteriaeditar
los ecosistemas de respiraderos hidrotermales tienen una enorme biomasa y productividad; pero esto se basa en las relaciones simbióticas que han evolucionado en los respiraderos. Los ecosistemas de respiraderos hidrotermales de aguas profundas difieren de sus contrapartes hidrotermales terrestres y de aguas poco profundas debido a la simbiosis que ocurre entre los huéspedes macro invertebrados y los simbiontes microbianos quimioautotróficos en los primeros. Dado que la luz solar no llega a los respiraderos hidrotermales de los fondos marinos, los organismos de los respiraderos hidrotermales de los fondos marinos no pueden obtener energía del sol para realizar la fotosíntesis., En cambio, la vida microbiana que se encuentra en los respiraderos hidrotermales es quimiosintética; fijan el carbono mediante el uso de energía de productos químicos como el sulfuro, en oposición a la energía de la luz del sol. En otras palabras, el simbionte convierte moléculas inorgánicas (H2S, CO2, O) en moléculas orgánicas que el huésped utiliza como nutrición. Sin embargo, el sulfuro es una sustancia extremadamente tóxica para la mayoría de la vida en la Tierra. Por esta razón, los científicos se sorprendieron cuando encontraron por primera vez respiraderos hidrotermales llenos de vida en 1977., Lo que se descubrió fue la simbiosis ubicua de quimioautótrofos que viven en (endosimbiosis) las branquias de los animales de ventilación; la razón por la que la vida multicelular es capaz de sobrevivir a la toxicidad de los sistemas de ventilación. Por lo tanto, los científicos están estudiando cómo los simbiontes microbianos ayudan en la desintoxicación del sulfuro (lo que permite que el huésped sobreviva las condiciones tóxicas). El trabajo sobre la función del microbioma muestra que los microbiomas asociados al huésped también son importantes en el desarrollo del huésped, la nutrición, la defensa contra los depredadores y la desintoxicación., A cambio, el huésped proporciona al simbionte los productos químicos necesarios para la quimiosíntesis, como carbono, sulfuro y oxígeno.
en las primeras etapas del estudio de la vida en los respiraderos hidrotermales, hubo diferentes teorías sobre los mecanismos por los cuales los organismos multicelulares fueron capaces de adquirir nutrientes de estos entornos, y cómo fueron capaces de sobrevivir en condiciones tan extremas. En 1977, se planteó la hipótesis de que las bacterias quimioautotróficas en los respiraderos hidrotermales podrían ser responsables de contribuir a la dieta de los bivalvos en suspensión.,
finalmente, en 1981, se entendió que la adquisición de nutrición de gusanos tubulares Gigantes ocurrió como resultado de endosimbiontes bacterianos quimioautotróficos. A medida que los científicos continuaron estudiando la vida en los respiraderos hidrotermales, se entendió que las relaciones simbióticas entre los quimioautótrofos y las especies de invertebrados de macrofauna eran omnipresentes. Por ejemplo, en 1983, se confirmó que el tejido branquial de almejas contenía endosimbiontes bacterianos; en 1984 también se encontró que los mejillones batimodiólidos de ventilación y las almejas vesicomídicas portaban endosimbiontes.,
sin embargo, los mecanismos por los cuales los organismos adquieren sus simbiontes difieren, al igual que las relaciones metabólicas. Por ejemplo, los gusanos tubulares no tienen boca ni intestino, pero tienen un «trofosoma», que es donde se ocupan de la nutrición y donde se encuentran sus endosimbiontes. También tienen un penacho rojo brillante, que utilizan para absorber compuestos como O, H2S y CO2, que alimentan a los endosimbiontes en su trofosoma., Sorprendentemente, la hemoglobina de los gusanos tubulares (que por cierto es la razón del color rojo brillante de la pluma) es capaz de transportar oxígeno sin interferencia o inhibición del sulfuro, a pesar del hecho de que el oxígeno y el sulfuro son típicamente muy reactivos. En 2005, se descubrió que esto es posible debido a los iones de zinc que se unen al sulfuro de hidrógeno en la hemoglobina de los gusanos tubulares, lo que impide que el sulfuro reaccione con el oxígeno. También reduce el tejido de los tubeworms de la exposición al sulfuro y proporciona a las bacterias el sulfuro para realizar la quimioautotrofia., También se ha descubierto que los gusanos tubulares pueden metabolizar el CO2 de dos maneras diferentes, y pueden alternar entre las dos según sea necesario a medida que cambian las condiciones ambientales.
en 1988, la investigación confirmó bacterias tiotróficas (sulfuro oxidante)en Alvinochonca hessleri, un molusco de gran tamaño. Para evitar la toxicidad del sulfuro, los mejillones primero lo convierten en tiosulfato antes de transportarlo a los simbiontes. En el caso de organismos móviles como los camarones alvinocáridos, deben rastrear ambientes oxicos (ricos en oxígeno) / anóxicos (pobres en oxígeno) a medida que fluctúan en el ambiente.,
Los organismos que viven en el borde de los campos de respiraderos hidrotermales, como las vieiras pectínidas, también llevan endosimbiontes en sus branquias, y como resultado su densidad bacteriana es baja en relación con los organismos que viven más cerca del respiradero. Sin embargo, la dependencia de la vieira del endosimbionte microbiano para obtener su nutrición también disminuye.
Además, no todos los animales huéspedes tienen endosimbiontes; algunos tienen episymbionts-simbiontes que viven en el animal en lugar de dentro del animal., Los camarones encontrados en los respiraderos en la dorsal mesoatlántica fueron considerados una excepción a la necesidad de simbiosis para la supervivencia de macroinvertebrados en los respiraderos. Eso cambió en 1988 cuando se descubrió que portaban episymbionts. Desde entonces, se ha encontrado que otros organismos en los respiraderos también portan episymbionts, como Lepetodrilis fucensis.
Además, mientras que algunos simbiontes reducen los compuestos de azufre, otros se conocen como» metanotrofos » y reducen los compuestos de carbono, a saber, el metano., Los mejillones Bathmodiolid son un ejemplo de un huésped que contiene endosimbiontes metanotróficos; sin embargo, estos últimos se producen principalmente en filtraciones frías en oposición a los respiraderos hidrotermales.
mientras que la quimiosíntesis que ocurre en el océano profundo permite a los organismos vivir sin luz solar en el sentido inmediato, técnicamente todavía dependen del sol para la supervivencia, ya que el oxígeno en el océano es un subproducto de la fotosíntesis., Sin embargo, si el sol desapareciera repentinamente y la fotosíntesis dejara de ocurrir en nuestro planeta, la vida en los respiraderos hidrotermales de las profundidades del mar podría continuar durante milenios (hasta que el oxígeno se agotara).
teoría del origen hidrotermal de la vidaEditar
la dinámica química y térmica en los respiraderos hidrotermales hace que tales ambientes sean altamente adecuados termodinámicamente para que los procesos de evolución química tengan lugar., Por lo tanto, el flujo de energía térmica es un agente permanente y se supone que ha contribuido a la evolución del planeta, incluida la química prebiótica.
Günter Wächtershäuser propuso la teoría del mundo hierro-azufre y sugirió que la vida podría haberse originado en respiraderos hidrotermales. Wächtershäuser propuso que una forma temprana de metabolismo era anterior a la genética. Por metabolismo se refería a un ciclo de reacciones químicas que liberan energía en una forma que puede ser aprovechada por otros procesos.,
se ha propuesto que la síntesis de aminoácidos podría haber ocurrido en las profundidades de la corteza terrestre y que estos aminoácidos fueron posteriormente inyectados junto con fluidos hidrotermales en aguas más frías, donde las temperaturas más bajas y la presencia de minerales de arcilla habrían fomentado la formación de péptidos y protocélulas. Esta es una hipótesis atractiva debido a la abundancia de CH4 (metano) y NH3 (amoníaco) presentes en las regiones de respiraderos hidrotermales, una condición que no fue proporcionada por la atmósfera primitiva de la Tierra., Una limitación importante a esta hipótesis es la falta de estabilidad de las moléculas orgánicas a altas temperaturas, pero algunos han sugerido que la vida se habría originado fuera de las zonas de temperatura más alta. Hay numerosas especies de extremófilos y otros organismos que actualmente viven alrededor de los respiraderos de aguas profundas, lo que sugiere que este es un escenario posible.,
la investigación Experimental y el modelado por computadora indican que las superficies de las partículas minerales dentro de los respiraderos hidrotérmicos tienen propiedades catalíticas similares a las enzimas y son capaces de crear moléculas orgánicas simples, como el metanol (CH3OH) y el ácido fórmico (HCO2H), a partir del CO2 disuelto en el agua.
se cree que los respiraderos hidrotérmicos alcalinos (fumadores blancos) podrían ser más adecuados para la vida emergente que los fumadores negros debido a sus condiciones de pH.,
the Deep Hot BiosphereEdit
al comienzo de su artículo de 1992 the Deep Hot Biosphere, Thomas Gold se refirió a los respiraderos del océano en apoyo de su teoría de que los niveles más bajos de la Tierra son ricos en material biológico vivo que encuentra su camino a la superficie. Amplió aún más sus ideas en el libro The Deep Hot Biosphere.,
Un artículo sobre la producción de hidrocarburos abiogénicos en la edición de febrero de 2008 de Science journal utilizó datos de experimentos en el campo hidrotermal de Lost City para informar cómo la síntesis abiótica de hidrocarburos de baja masa molecular a partir de dióxido de carbono derivado del manto puede ocurrir en presencia de rocas ultramáficas, agua y cantidades moderadas de calor.