Hidrotermale

Viața a fost în mod tradițional văzută ca condusă de energie de la soare, dar de mare adâncime organisme nu au acces la lumina soarelui, astfel încât comunitățile biologice în jurul izvoarelor hidrotermale trebuie să depindă de elemente nutritive gasite in praf chimice depozite și fluide hidrotermale în care trăiesc. Anterior, oceanografii bentonici au presupus că organismele de aerisire depind de zăpada marină, așa cum sunt organismele de adâncime. Acest lucru le-ar lăsa dependente de viața plantelor și, astfel, de soare., Unele organisme hidrotermale de aerisire consumă această „ploaie”, dar numai cu un astfel de sistem, formele de viață ar fi rare. Cu toate acestea, în comparație cu fundul mării din jur, zonele de aerisire hidrotermale au o densitate de organisme de 10.000 până la 100.000 de ori mai mare.

hidrotermale sunt recunoscute ca un tip de bază de chimiosinteză ce bazate pe ecosisteme (CBE) în cazul în care productivitatea primară este alimentată de compuși chimici ca surse de energie în loc de lumină (chemoautotrophy). Comunitățile hidrotermale de aerisire sunt capabile să susțină cantități atât de mari de viață, deoarece organismele de aerisire depind de bacteriile chemosintetice pentru alimente., Apa din aerisirea hidrotermală este bogată în minerale dizolvate și susține o populație mare de bacterii chemoautotrofice. Aceste bacterii folosesc compuși de sulf, în special hidrogen sulfurat, un produs chimic foarte toxic pentru majoritatea organismelor cunoscute, pentru a produce material organic prin procesul de chemosinteză.,

Biologice communitiesEdit

ecosistemului astfel format se bazează pe existența în continuare a hidrotermale de teren ca sursă primară de energie, care diferă de cele mai multe suprafață de viață de pe Pământ, care se bazează pe energie solară., Cu toate acestea, deși se spune adesea că aceste comunități există independent de soare, unele dintre organisme sunt de fapt dependente de oxigenul produs de organismele fotosintetice, în timp ce altele sunt anaerobe.,

pe bază de chimiosinteză ce bacteriile se dezvolta într-un mat gros care atrage alte organisme, cum ar fi amfipode și copepode, care pasc pe bacterii direct., Organisme mai mari, cum ar fi melci, creveti, crabi, viermi cilindrici, pește (în special mihalț, cutthroat anghilă, ophidiiforms și Symphurus thermophilus), și caracatițe (în special Vulcanoctopus hydrothermalis), formează un lanț trofic de prădător și pradă relațiile de mai sus consumatori primari. Principalele familii de organisme, găsit pe fundul mării aerisire sunt anelide, pogonophorans, gasteropode, crustacee, cu mare bivalve, vestimentiferan viermi, și „fără ochi” creveți face cea mai mare parte a nonmicrobial organisme.

viermi tub Siboglinid, care pot crește până la peste 2 m (6.,6 ft) înalt în cea mai mare specie, adesea formează o parte importantă a comunității în jurul unui orificiu hidrotermal. Nu au gură sau tract digestiv și, ca și viermii paraziți, absorb nutrienții produși de bacterii în țesuturile lor. Aproximativ 285 miliarde de bacterii se găsesc pe uncie de țesut de tubeworm. Tubeworms au prune roșii care conțin hemoglobină. Hemoglobina se combină cu hidrogen sulfurat și o transferă bacteriilor care trăiesc în interiorul viermei. În schimb, bacteriile hrănesc viermele cu compuși de carbon., Două dintre speciile care locuiesc într-o aerisire hidrotermală sunt Tevnia jerichonana și Riftia pachyptila. O comunitate descoperită, supranumită „Orașul anghilei”, constă predominant din anghila Dysommina rugosa. Deși anghilele nu sunt neobișnuite, nevertebratele domină de obicei orificiile hidrotermale. Orașul Eel este situat lângă conul vulcanic nafanua, Samoa Americană.în 1993, deja mai mult de 100 de specii de gastropode au fost cunoscute în orificiile hidrotermale. Peste 300 de specii noi au fost descoperite la gurile de aerisire hidrotermale, multe dintre ele „specii surori” pentru altele găsite în zonele de aerisire separate geografic., S-a propus ca înainte ca placa Nord-Americană să depășească creasta Mid-ocean, a existat o singură regiune de aerisire biogeografică Găsită în Pacificul de Est. Bariera ulterioară de călătorie a început divergența evolutivă a speciilor în diferite locații. Exemplele de evoluție convergentă observate între orificiile hidrotermale distincte sunt văzute ca un suport major pentru teoria selecției naturale și a evoluției în ansamblu.deși viața este foarte rară la aceste adâncimi, fumătorii negri sunt centrele întregului ecosistem., Lumina soarelui este inexistent, atât de multe organisme – precum archaea și bacteri – converti căldura, metan și compuși de sulf furnizate de negru fumători în energie printr-un proces numit chemosynthesis. Forme de viață mai complexe, cum ar fi scoici și viermi de tub, se hrănesc cu aceste organisme. Organismele de la baza lanțului alimentar depun, de asemenea, minerale în baza fumătorului negru, completând astfel ciclul de viață.o specie de bacterie fototrofică a fost găsită trăind lângă un fumător negru în largul coastei Mexicului la o adâncime de 2,500 m (8,200 ft)., Nici o lumină solară nu pătrunde atât de departe în ape. În schimb, bacteriile, parte a familiei Chlorobiaceae, folosesc strălucirea slabă a fumătorului negru pentru fotosinteză. Acesta este primul organism descoperit în natură care utilizează exclusiv o altă lumină decât lumina soarelui pentru fotosinteză.specii noi și neobișnuite sunt descoperite în mod constant în vecinătatea fumătorilor negri., Pompei worm Alvinella pompejana, care este capabil să reziste la temperaturi de până la 80 °C (176 °F), a fost găsit în 1980, și solzoasă-picior gasteropod Chrysomallon squamiferum în 2001, în timpul unei expediții în Oceanul Indian este Kairei hidrotermale domeniu. Acesta din urmă folosește sulfuri de fier (pirită și greigită) pentru structura scleritelor sale dermice (părți ale corpului întărite), în loc de carbonat de calciu. Se consideră că presiunea extremă a 2500 m de apă (aproximativ 25 megapascali sau 250 atmosfere) joacă un rol în stabilizarea sulfurii de fier în scopuri biologice., Această placare cu armuri servește probabil ca apărare împotriva radulei veninoase (dinții) melcilor prădători din acea comunitate.în martie 2017, cercetătorii au raportat dovezi despre cele mai vechi forme de viață de pe Pământ. Prezumtiv fosilizate microorganisme au fost descoperite în hidrotermale precipită în Nuvvuagittuq Centura din Quebec, Canada, care poate fi trăit la fel de devreme ca 4.280 miliarde de ani în urmă, nu mult după ce oceanele s-au format 4,4 miliarde de ani în urmă, și nu mult timp după formarea Pământului 4.54 miliarde de ani în urmă.,

simbioză Animal-bacteriană

ecosistemele hidrotermale de aerisire au biomasă enormă și productivitate; dar acest lucru se bazează pe relațiile simbiotice care au evoluat la guri de aerisire. Adâncime hidrotermale ecosisteme diferite de apă de mică adâncime și terestre hidrotermale omologii din cauza simbioză care apare între macro-nevertebrate gazde și chemoautotrophic microbiene simbionți în fosta. Deoarece lumina soarelui nu ajunge la orificiile hidrotermale de adâncime, organismele din orificiile hidrotermale de adâncime nu pot obține energie de la soare pentru a efectua fotosinteza., În schimb, viața microbiană găsită la orificiile hidrotermale este chemosintetică; ele fixează carbonul folosind energie din substanțe chimice, cum ar fi sulfura, spre deosebire de energia luminii de la soare. Cu alte cuvinte, simbiontul transformă moleculele anorganice (H2S, CO2, o) în molecule organice pe care gazda le folosește apoi ca nutriție. Cu toate acestea, sulfura este o substanță extrem de toxică pentru majoritatea vieții de pe Pământ. Din acest motiv, oamenii de știință au fost uimiți când au găsit pentru prima dată orificii hidrotermale pline de viață în 1977., Ceea ce a fost descoperit a fost simbioza omniprezentă a chemoautotrofelor care trăiesc în (endosymbiosis) branhiile animalelor de aerisire; motivul pentru care viața multicelulară este capabilă să supraviețuiască toxicității sistemelor de aerisire. Prin urmare, oamenii de știință studiază acum modul în care simbionții microbieni ajută la detoxifierea sulfurilor (permițând astfel gazdei să supraviețuiască condițiilor altfel toxice). Lucrările la funcția microbiomului arată că microbiomii asociați gazdei sunt, de asemenea, importanți în dezvoltarea gazdei, nutriție, apărare împotriva prădătorilor și detoxifiere., În schimb, gazda furnizează simbiontului substanțele chimice necesare pentru chemosinteză, cum ar fi carbonul, sulfura și oxigenul.în primele etape ale studierii vieții la gurile hidrotermale, au existat teorii diferite cu privire la mecanismele prin care organismele multicelulare au fost capabile să achiziționeze nutrienți din aceste medii și cum au reușit să supraviețuiască în astfel de condiții extreme. În 1977, s-a emis ipoteza că bacteriile chemoautotrofice de la orificiile hidrotermale ar putea fi responsabile pentru contribuția la dieta bivalvelor de alimentare cu suspensie.,

în cele din Urmă, în 1981, era de la sine înțeles că gigantul viermii tub de nutriție achiziție a avut loc ca urmare a chemoautotrophic bacteriene endosymbionts. Ca oameni de știință au continuat să studieze viața la izvoarele hidrotermale, era de la sine înțeles că relații simbiotice între chemoautotrophs și macrofauna specii de nevertebrate a fost omniprezente. De exemplu, în 1983, scoica gill țesut a fost confirmat să conțină bacteriene endosymbionts; în 1984 de aerisire bathymodiolid midii și vesicomyid scoici au fost, de asemenea, găsite de a transporta endosymbionts.,cu toate acestea, mecanismele prin care organismele își dobândesc simbioții diferă, la fel ca și relațiile metabolice. De exemplu, viermii de tub nu au gură și nici intestin, dar au un „trofosom”, care este locul în care se ocupă de nutriție și unde se găsesc endosymbionții lor. De asemenea, au un penaj roșu aprins, pe care îl folosesc pentru a absorbi compuși precum O, H2S și CO2, care hrănesc endosymbionții în trofosomul lor., În mod remarcabil, hemoglobina tubeworms (care întâmplător este motivul culorii roșii strălucitoare a penei) este capabilă să transporte oxigen fără interferențe sau inhibiții din sulfură, în ciuda faptului că oxigenul și sulfura sunt de obicei foarte reactive. În 2005, sa descoperit că acest lucru este posibil datorită ionilor de zinc care leagă hidrogenul sulfurat în hemoglobina tubeworms, împiedicând astfel reacția sulfurii cu oxigenul. De asemenea, reduce țesutul tubeworms de la expunerea la sulfură și oferă bacteriilor sulfura pentru a efectua chemoautotrofie., De asemenea, s-a descoperit că viermii de tub pot metaboliza CO2 în două moduri diferite și pot alterna între cele două, după cum este necesar, pe măsură ce condițiile de mediu se schimbă.

În 1988, de cercetare a confirmat thiotrophic (sulfurat-oxidare) bacterii în Alvinochonca hessleri, o mare de aerisire moluscă. Pentru a eluda toxicitatea sulfurii, midii îl transformă mai întâi în tiosulfat înainte de a-l transporta la simbionți. În caz de mobili organisme, cum ar fi alvinocarid creveți, ei trebuie urmăriți oxic (bogat in oxigen) / anoxice (sărac în oxigen) medii ca ele fluctuează în mediu.,

Organisme care trăiesc la marginea hidrotermale domenii, cum ar fi pectinid scoici, de asemenea, transporta endosymbionts în branhii lor, și ca urmare a lor bacteriene densitatea relativă scăzută pentru organismele care trăiesc mai aproape de aerisire. Cu toate acestea, dependența scoicilor de endosymbiontul microbian pentru obținerea nutriției lor este, de asemenea, diminuată.în plus ,nu toate animalele gazdă au endosimbionți; unele au episymbionți-simbionți care trăiesc pe animal, spre deosebire de interiorul animalului., Creveții găsiți la gurile de aerisire din creasta Mid-Atlantic au fost odată considerați ca o excepție de la necesitatea simbiozei pentru supraviețuirea macroinvertebratelor la guri. Acest lucru sa schimbat în 1988, când au fost descoperite pentru a transporta episymbionts. De atunci, alte organisme de la gurile de aerisire au fost găsite pentru a efectua episymbionts, precum Lepetodrilis fucensis.mai mult, în timp ce unii simbionți reduc compușii cu sulf, alții sunt cunoscuți sub numele de „metanotrofe” și reduc compușii de carbon, și anume metanul., Bathmodiolid midii sunt un exemplu de o gazdă care conține methanotrophic endosymbionts; cu toate acestea, acesta din urmă apar mai ales la rece, se scurge spre deosebire de izvoarele hidrotermale.în timp ce chemosinteza care are loc la oceanul adânc permite organismelor să trăiască fără lumina soarelui în sensul imediat, ele încă se bazează tehnic pe soare pentru supraviețuire, deoarece oxigenul din ocean este un produs secundar al fotosintezei., Cu toate acestea, dacă soarele ar dispărea brusc și fotosinteza ar înceta să apară pe planeta noastră, Viața la orificiile hidrotermale de adâncime ar putea continua timp de milenii (până când oxigenul a fost epuizat).

Teoria de origine hidrotermală de viețiimodificare

chimice și termice dinamica în izvoarele hidrotermale face astfel de medii foarte potrivit din punct de vedere termodinamic pentru evoluția chimică procese să aibă loc., Prin urmare, fluxul de energie termică este un agent permanent și se presupune că a contribuit la evoluția planetei, inclusiv chimia prebiotică.

Günter Wächtershäuser a propus teoria lumii fier-sulf și a sugerat că viața ar fi putut avea originea la gurile hidrotermale. Wächtershäuser a propus ca o formă timpurie a metabolismului genetica predate. Prin metabolism, el a însemnat un ciclu de reacții chimice care eliberează energie într-o formă care poate fi valorificată de alte procese.,s-a propus că sinteza aminoacizilor ar fi putut avea loc adânc în scoarța terestră și că acești aminoacizi au fost ulterior împușcați împreună cu fluidele hidrotermale în ape mai reci, unde temperaturile mai scăzute și prezența mineralelor argiloase ar fi favorizat formarea de peptide și protocelule. Aceasta este o ipoteză atractivă din cauza abundenței de CH4 (metan) și NH3 (amoniac) prezente în regiunile de aerisire hidrotermală, o condiție care nu a fost furnizată de atmosfera primitivă a Pământului., O limitare majoră a acestei ipoteze este lipsa de stabilitate a moleculelor organice la temperaturi ridicate, dar unii au sugerat că viața ar fi provenit în afara zonelor cu cea mai ridicată temperatură. Există numeroase specii de extremofile și alte organisme care trăiesc în prezent imediat în jurul orificiilor de adâncime, ceea ce sugerează că acesta este într-adevăr un scenariu posibil.,

cercetări Experimentale și modelare pe calculator indică faptul că suprafețele de particule minerale în interiorul hidrotermale au aceleași proprietăți catalitice a enzimelor și sunt capabili de a crea simple molecule organice, cum ar fi metanol (CH3OH) și acid formic (HCO2H), afară de CO2 dizolvat în apă.se crede că orificiile hidrotermale alcaline (fumătorii albi) ar putea fi mai potrivite pentru viața emergentă decât fumătorii negri din cauza condițiilor de pH.,la începutul lucrării sale din 1992 The Deep Hot Biosphere, Thomas Gold s-a referit la orificiile oceanice în sprijinul teoriei sale că nivelurile inferioare ale pământului sunt bogate în material biologic viu care își găsește drumul spre suprafață. El și-a extins în continuare ideile în cartea The Deep Hot Biosphere.,

Un articol pe abiogenic producția de hidrocarburi în februarie 2008 numar al revistei științifice utilizate datele din experimentele de la Orașul Pierdut hidrotermale domeniu pentru a raporta cum abiotici sinteza moleculară mică masă de hidrocarburi din manta derivate de dioxid de carbon poate avea loc în prezența a ultramafic pietre, apă, și cantități moderate de căldură.