Hydrotermisk vent (Svenska)

livet har traditionellt sett som drivet av energi från solen, men djuphavsorganismer har ingen tillgång till solljus, så biologiska samhällen runt hydrotermiska ventiler måste bero på näringsämnen som finns i de dammiga kemiska avlagringar och hydrotermiska vätskor där de lever. Tidigare antog Benthic oceanographers att ventilationsorganismer var beroende av marin snö, som djuphavsorganismer är. Detta skulle lämna dem beroende av växtlivet och därmed solen., Vissa hydrotermiska ventilationsorganismer konsumerar detta ”regn”, men med endast ett sådant system skulle livsformer vara glesa. Jämfört med det omgivande havsbotten har emellertid hydrotermiska ventilationszoner en densitet av organismer 10 000 till 100 000 gånger större.

hydrotermala ventiler är erkända som en typ av kemosyntetiska baserade ekosystem (CBE) där primärproduktivitet drivs av kemiska föreningar som energikällor istället för ljus (chemoautotrophy). Hydrotermiska ventilationsgrupper kan upprätthålla så stora mängder liv eftersom ventilatorganismer är beroende av kemosyntetiska bakterier för mat., Vattnet från hydrotermiska ventilen är rik på upplösta mineraler och stöder en stor population av kemoautotrofa bakterier. Dessa bakterier använder svavelföreningar, särskilt vätesulfid, en kemikalie som är mycket giftig för de flesta kända organismer, för att producera organiskt material genom kemosyntesprocessen.,

biologiska gemenskaperredigera

det ekosystem som bildas är beroende av den fortsatta existensen av hydrotermiska ventilationsfältet som den primära energikällan, som skiljer sig från det mesta ytlivet på jorden, vilket är baserat på solenergi.energi., Men även om det ofta sägs att dessa samhällen existerar oberoende av solen, är vissa av organismerna faktiskt beroende av syre som produceras av fotosyntetiska organismer, medan andra är anaeroba.,

kemosyntetiska bakterier växer till en tjock matta som lockar andra organismer, såsom amphipoder och Copepods, som betar på bakterierna direkt., Större organismer, såsom snäckor, räkor, krabbor, rör maskar, fiskar (särskilt eelpout, mördande ål, ophidiiforms och Symphurus thermophilus), och bläckfiskar (särskilt Vulcanoctopus hydrothermalis), bildar en näringskedja av rovdjur och bytesdjur relationer över den primära konsumenter. De viktigaste familjerna av organismer som finns runt havsbotten är annelider, pogonophorans, snäckor och kräftdjur, med stora musslor, vestimentiferan maskar och ”oyeless” räkor utgör huvuddelen av icke-mikrobiella organismer.

siboglinid tube worms, som kan växa till över 2 m (6.,6 ft) lång i de största arterna, utgör ofta en viktig del av samhället runt en hydrotermisk vent. De har ingen mun eller mag-tarmkanalen, och som parasitära maskar, absorberar näringsämnen som produceras av bakterierna i sina vävnader. Cirka 285 miljarder bakterier finns per uns tubeworm vävnad. Tubeworms har röda plumes som innehåller hemoglobin. Hemoglobin kombinerar med vätesulfid och överför den till bakterierna som lever inuti masken. I gengäld ger bakterierna näring till masken med kolföreningar., Två av de arter som lever i en hydrotermisk vent är Tevnia jerichonana, och Riftia pachyptila. En upptäckt gemenskap, kallad ”ål City”, består främst av ål Dysommina rugosa. Även ål är inte ovanliga, ryggradslösa djur dominerar vanligtvis hydrotermiska ventiler. Ål City ligger nära Nafanua vulkaniska kon, Amerikanska Samoa.

1993 var redan mer än 100 gastropodarter kända för att förekomma i hydrotermiska ventiler. Över 300 nya arter har upptäckts vid hydrotermiska ventiler, många av dem ”systerarter” till andra som finns i geografiskt separerade ventilationsområden., Det har föreslagits att innan den nordamerikanska plattan översteg Mid-ocean ridge fanns en enda biogeografisk ventilationsregion i östra Stilla havet. Den efterföljande barriären att resa började den evolutionära divergensen av arter på olika platser. Exemplen på konvergent evolution som ses mellan olika hydrotermiska ventiler ses som ett stort stöd för teorin om naturligt urval och evolution som helhet.

även om livet är mycket glest på dessa djup, är svarta rökare centra för hela ekosystem., Solljus är obefintlig, så många organismer – som archaea och extremofiler – omvandlar värmen, metan och svavelföreningar som tillhandahålls av svarta rökare till energi genom en process som kallas kemosyntes. Mer komplexa livsformer, som musslor och tubeworms, matar på dessa organismer. Organismerna vid basen av livsmedelskedjan deponerar också mineraler i basen av den svarta rökaren och slutför därför livscykeln.

en art av fototrofisk bakterie har hittats bor nära en svart rökare utanför kusten i Mexiko på ett djup av 2500 m (8,200 ft)., Inget solljus tränger så långt in i vattnet. Istället använder bakterierna, en del av familjen Chlorobiaceae, den svaga glöden från den svarta rökaren för fotosyntes. Detta är den första organismen som upptäckts i naturen för att uteslutande använda ett annat ljus än solljus för fotosyntes.

nya och ovanliga arter upptäcks ständigt i närheten av svarta rökare., Pompeji mask Alvinella pompejana, som kan motstå temperaturer upp till 80 °C (176 °F), hittades på 1980-talet, och en fjällande-fot gastropod Chrysomallon squamiferum 2001 under en expedition till Indiska Oceanen är Kairei hydrotermisk ventilera området. Den senare använder järnsulfider (pyrit och greigit) för strukturen hos dess dermala skleriter (härdade kroppsdelar) istället för kalciumkarbonat. Det extrema trycket på 2500 m vatten (cirka 25 megapascal eller 250 atmosfärer) antas spela en roll för att stabilisera järnsulfid för biologiska ändamål., Denna pansarplätering tjänar förmodligen som ett försvar mot den giftiga radula (tänder) av rovdjur sniglar i det samhället.

i mars 2017 rapporterade forskare bevis på eventuellt de äldsta formerna av liv på jorden. Putative fossiliserade mikroorganismer upptäcktes i hydrotermiska ventilations fällningar i Nuvvuagittuq bältet i Quebec, Kanada, som kan ha levt så tidigt som 4.280 miljarder år sedan, inte långt efter oceanerna bildade 4,4 miljarder år sedan, och inte långt efter bildandet av jorden 4,54 miljarder år sedan.,

Animal-bacterial symbiosisEdit

hydrotermiska ventilationsekosystem har enorma biomassa och produktivitet; men detta vilar på de symbiotiska relationer som har utvecklats vid ventiler. Djuphavs hydrotermiska vent ekosystem skiljer sig från deras grunt vatten och terrestriala hydrotermiska motsvarigheter på grund av symbios som uppstår mellan makro ryggradslösa värdar och kemoautotrofa mikrobiella symbionter i den förra. Eftersom solljus inte når djuphavs hydrotermiska ventiler, kan organismer i djuphavs hydrotermiska ventiler inte få energi från solen för att utföra fotosyntes., Istället är det mikrobiella livet som finns vid hydrotermiska ventiler kemosyntetiska; de fixar kol genom att använda energi från kemikalier som sulfid, i motsats till ljusenergi från solen. Med andra ord omvandlar symbiont oorganiska molekyler (H2S, CO2, O) till organiska molekyler som värden sedan använder som näring. Sulfid är emellertid en extremt giftig substans för de flesta livet på jorden. Av denna anledning blev forskare förbluffade när de först hittade hydrotermiska ventiler som trängde med livet 1977., Det som upptäcktes var den allestädes närvarande symbios av kemoautotrofer som lever i (endosymbios) ventilationsdjurens gälar; anledningen till att multicellulärt liv kan överleva toxiciteten hos ventilationssystem. Forskare studerar därför nu hur den mikrobiella symbionten hjälper till med sulfidavgiftning (vilket gör det möjligt för värden att överleva de annars giftiga förhållandena). Arbetet med microbiome funktionen visar att värdrelaterade mikrobiom är också viktiga i värd utveckling, näring, försvar mot rovdjur, och avgiftning., I gengäld ger värden symbiont med kemikalier som krävs för kemosyntes, såsom kol, sulfid och syre.

i de tidiga stadierna av att studera livet vid hydrotermiska ventiler fanns det olika teorier om de mekanismer genom vilka multicellulära organismer kunde förvärva näringsämnen från dessa miljöer och hur de kunde överleva under sådana extrema förhållanden. I 1977 var det hypotetiskt att de kemoautotrofa bakterierna vid hydrotermiska ventiler kan vara ansvariga för att bidra till kosten av upphängningsmatande musslor.,

slutligen, 1981, var det underförstått att giant tubeworm nutrition förvärv inträffade som ett resultat av chemoautotrophic bacterial endosymbionts. Eftersom forskare fortsatte att studera livet vid hydrotermiska ventiler, var det underförstått att symbiotiska relationer mellan kemoautotrofer och makrofauna ryggradslösa arter var allestädes närvarande. Till exempel, 1983, mussla gill vävnad bekräftades att innehålla bakterier endosymbionts; 1984 vent bathymodiolid musslor och vesicomyid musslor hittades också att bära endosymbionts.,

de mekanismer genom vilka organismer förvärvar sina symbionter skiljer sig emellertid, liksom de metaboliska relationerna. Till exempel har tubeworms ingen mun och ingen tarm, men de har en ”trofosom”, vilket är där de hanterar näring och där deras endosymbionter finns. De har också en klarröd plym, som de använder för att ta upp föreningar som O, H2S och CO2, som matar endosymbionterna i deras trofosom., Anmärkningsvärt kan tubeworms hemoglobin (som För övrigt är orsaken till plumens ljusa röda färg) bära syre utan störning eller inhibering från sulfid, trots att syre och sulfid typiskt är mycket reaktiva. År 2005 upptäcktes att detta är möjligt på grund av zinkjoner som binder vätesulfiden i tubeworms hemoglobin, vilket förhindrar att sulfiden reagerar med syret. Det minskar också tubeworms-vävnaden från exponering för sulfiden och ger bakterierna med sulfiden för att utföra kemoautotrofi., Det har också upptäckts att tubeworms kan metabolisera CO2 på två olika sätt och kan alternera mellan de två efter behov som miljöförhållandena förändras.

1988 bekräftade forskning thiotrophic (sulfidoxidiserande) bakterier i Alvinochonca hessleri, en stor ventilationsmollusk. För att kringgå toxiciteten hos sulfid omvandlar musslor först den till tiosulfat innan den överförs till symbionterna. När det gäller rörliga organismer som alvinokaridräka måste de spåra oxika (syrerika) / anoxiska (syrefattiga) miljöer när de fluktuerar i miljön.,

organismer som lever vid kanten av hydrotermiska ventilationsfält, såsom pektinidkammusslor, bär också endosymbionter i sina gälar, och som ett resultat är deras bakteriedensitet låg i förhållande till organismer som lever närmare ventilen. Kammusslens beroende av den mikrobiella endosymbionten för att erhålla deras näring minskar därför också.

dessutom har inte alla värddjur endosymbionts; vissa har episymbionts—symbionts som lever på djuret i motsats till inuti djuret., Räkor hittades vid ventiler i mitten av Atlanten åsen var en gång tänkt som ett undantag till nödvändigheten av symbios för makroinvertebrate överlevnad vid ventiler. Det ändrades 1988 när de upptäcktes för att bära episymbionts. Sedan dess har även andra organismer vid ventilationsöppningar befunnits bära episymbionts, såsom Lepetodrilis fucensis.

vidare, medan vissa symbionter minskar svavelföreningar, är andra kända som” metanotrofer ” och reducerar kolföreningar, nämligen metan., Bathmodiolid musslor är ett exempel på en värd som innehåller metanotrofa endosymbionter; men den senare förekommer oftast i kalla sipprar i motsats till hydrotermiska ventiler.

medan kemosyntes som förekommer i djupa havet gör det möjligt för organismer att leva utan solljus i omedelbar mening, är de tekniskt fortfarande beroende av solen för överlevnad, eftersom syre i havet är en biprodukt av fotosyntes., Men om solen plötsligt skulle försvinna och fotosyntesen upphörde att inträffa på vår planet, kunde livet vid de djuphavs hydrotermiska ventilerna fortsätta i årtusenden (tills syret var utarmat).

Theory of hydrothermal origin of lifeEdit

den kemiska och termiska dynamiken i hydrotermiska ventiler gör sådana miljöer mycket lämpliga termodynamiskt för att kemiska utvecklingsprocesser ska äga rum., Därför är termisk energiflöde ett permanent medel och antas ha bidragit till planetens utveckling, inklusive prebiotisk Kemi.

Günter Wächtershäuser föreslog järn-svavelvärldsteorin och föreslog att livet kunde ha sitt ursprung vid hydrotermiska ventiler. Wächtershäuser föreslog att en tidig form av metabolism föregick genetik. Genom metabolism menade han en cykel av kemiska reaktioner som frigör energi i en form som kan utnyttjas av andra processer.,

det har föreslagits att aminosyrasyntesen kunde ha inträffat djupt i jordskorpan och att dessa aminosyror därefter sköts upp tillsammans med hydrotermiska vätskor i svalare vatten, där lägre temperaturer och närvaron av lermineraler skulle ha främjat bildandet av peptider och protoceller. Detta är en attraktiv hypotes på grund av överflöd av CH4 (metan) och NH3 (ammoniak) närvarande i hydrotermiska ventilationsregioner, ett tillstånd som inte tillhandahölls av jordens primitiva atmosfär., En stor begränsning till denna hypotes är bristen på stabilitet hos organiska molekyler vid höga temperaturer, men vissa har föreslagit att livet skulle ha sitt ursprung utanför zonerna med högsta temperatur. Det finns många arter av extremofiler och andra organismer som för närvarande lever omedelbart runt djuphavsventiler, vilket tyder på att detta verkligen är ett möjligt scenario.,

experimentell forskning och datormodellering indikerar att ytorna av mineralpartiklar inuti hydrotermiska ventiler har liknande katalytiska egenskaper till enzymer och kan skapa enkla organiska molekyler, såsom metanol (CH3OH) och myrsyra (HCO2H), ur det upplösta CO2 i vattnet.

man tror att alkaliska hydrotermiska ventiler (vita rökare) kan vara mer lämpade för nya liv än svarta rökare på grund av deras pH-förhållanden.,

the Deep Hot BiosphereEdit

i början av sin 1992 papper the Deep Hot Biosphere, Thomas Gold hänvisade till ocean vents till stöd för sin teori om att de lägre nivåerna av jorden är rika på levande biologiskt material som finner sin väg till ytan. Han utvidgade ytterligare sina idéer i boken Den djupa heta biosfären.,

en artikel om abiogen kolväteproduktion i februari 2008-utgåvan av Science journal använde data från experiment på det förlorade stadshydrotermiska fältet för att rapportera hur den abiotiska syntesen av lågmolekylära kolväten från mantelderivat koldioxid kan uppstå i närvaro av ultramafiska stenar, vatten och måttliga mängder värme.