بالحديث عن المجهول ، غالبًا ما ننظر إلى السماء ، كما لو كنا نحاول أن نرى بأم أعيننا الكواكب البعيدة وأنظمة النجوم والمجرات. ومع ذلك ، ليست هناك حاجة للسفر آلاف السنين الضوئية الطويلة عندما يكمن المجهول تحت أنوفنا. بالطبع ، نحن نتحدث عن المحيطات. تحتل المحيطات جزءًا كبيرًا من كوكبنا ، وهي موطن لمجموعة متنوعة من المخلوقات: يعيش البعض بالقرب من الساحل ، والبعض الآخر يفضل الظلام القاتم بالقرب من القاع. لا نعرف الكثير عن سكان الطبقات القريبة من قاع المحيطات ، ولكننا لا نعرف الكثير عن سكان الصخور السفلية. اكتشف علماء من جامعة طوكيو (اليابان) أنواعًا جديدة من البكتيريا تعيش في العديد من المستعمرات في قاع المحيط لعدة ملايين من السنين. يعتقد العلماء أن دراسة هذه الكائنات الحية ستساعد في العثور على الحياة على كوكب المريخ. أين تم العثور على البكتيرياما هي ميزاتها وكيف يرتبط هذا الاكتشاف بالضبط بالحياة على كوكب المريخ؟ الإجابات على هذه الأسئلة تنتظرنا في تقرير العلماء. اذهب.تتكون الطبقات العليا من القشرة المحيطية في الغالب من البازلت. مصدر البازلت هو الصهارة ، التي تصلب عند ملامسة الهواء أو الماء بعد الانفجار. في المحيطات ، مكان المنشأ الأساسي للبازلت هو سلسلة التلال الوسطى - سلسلة من التلال تقع في المناطق الوسطى من جميع المحيطات. يبلغ ارتفاع هذه الجبال البحرية حوالي 2-3 كم من السهول السحيقة (سهول المنخفضات المحيطية). وليس سرا أن عملية تشكيل البازلت، لكونها رد فعل درجة حرارة عالية، وتقدم بشكل غير مباشر ما يكفي من الطاقة للحفاظ على التخليق الكيميائي، عندما تخدم المركبات غير العضوية كوقود لتجميع المركبات العضوية من CO 2 . هذه الطريقة في التغذية الذاتية (المواد العضوية من المواد غير العضوية) هي فريدة من نوعها للبكتريا القديمة (الكائنات غير الخلوية غير النووية) والبكتيريا.على الجوانب الجانبية من التلال ، يتم تداول السائل القشري بشكل حراري داخل الحمم البازلتية ، محملة برواسب. يسمى الجزء من الحمم البازلتية تحت الطبقة الرسوبية القاعدة البازلتية (الأساس). أظهرت الدراسات السابقة لسلسلة المحيطات التي يتراوح عمرها ما بين 3.5 إلى 8 مليون سنة أن طبقات المياه الجوفية الصغيرة هذه * من قشرة الأرض غنية بالمواد الحرارية اللاهوائية * ومتوسطات الهواء الهوائية * ، التي تشارك في تداول الهيدروجين والكربون والكبريت.طبقة المياه الجوفية * - صخور رسوبية من طبقة أو أكثر من الصخور تحت الأرض بدرجات متفاوتة من نفاذية المياه.
Thermophiles * - الكائنات الحية التي تعيش في الأماكن التي تكون فيها درجة الحرارة أعلى من 45 درجة مئوية.
* — , , 20 45 °C.
عندما تمتلئ الشقوق الصخرية بالمعادن الثانوية ، تقل شدة دوران السوائل وتفاعل تكوين البازلت ، وهو ما يتوافق مع زيادة في عمر القشرة. تحدث معظم الأكسدة في أول 10 ملايين سنة بعد تكوين القشرة ، وهذا يمثل حوالي 90 ٪ من كامل الغلاف الصخري المحيطي للأرض.وفقًا للعلماء ، نظرًا للمساحة الشاسعة لقاع المحيطات وعدم إمكانية الوصول إليها ، فإن الدراسة الكاملة لهيكلها عملية معقدة للغاية ، حتى مع التقنيات الحالية. ومع ذلك ، هناك دليل على أن عمر التغيرات في القشرة المحيطية ، مما يشير إلى النشاط البيولوجي ، هو حوالي 3.5 مليار سنة. ومع ذلك ، لم يتم تقييم دور النشاط الميكروبي في أصل هذه التغييرات مسبقًا.
في هذا العمل ، يصف العلماء نتائج تحليل العينات التي تم الحصول عليها خلال رحلة IODP (برنامج الحفر المحيطي المتكامل من برنامج الحفر المحيطي المتكامل) ، الذي تم إجراؤه في جنوب المحيط الهادئ (SPG من جنوب المحيط الهادئ Gyre ).أظهر تحليل العينات وجود خلايا ميكروبية في سمكتايت غني بالحديد (مجموعة من المعادن الطينية التي تشمل مونتموريلونيت ، غير ترونيت ، بيديلايت ، إلخ.). أظهر تحليل ملامح الدهون وتسلسل الحمض النووي لهذه الكائنات أنها بكتيريا غيرية التغذية ، مما يشير إلى وجود مواد عضوية في البازلت تحت الماء.نتائج البحث
في SPG ، يكون معدل الترسيب منخفضًا جدًا ، حيث تكون الرواسب التي تسقط إلى القاع خالية تمامًا من المواد العضوية.
الجدول 1: بيانات نموذجية (mbsf - متر تحت قاع المحيط ؛ NS - بدون أخذ عينات ؛ Ma - ملايين السنين).تم أخذ عينات في ثلاث مناطق بأعمار مختلفة: U1365 - 104 Ma. U1367 - 33.5 أمبير ؛ U1368 - 13.5 أمبير.في مثل هذه البيئة * فائقة قليل التغذية، حل O 2 تخترق من قاع المحيط في الأساس البازلت وتدعم حياة الميكروبات الهوائية في جميع أنحاء عمق كامل من الودائع.البيئة قليلة التغذوية * هي بيئة تحتوي على نسبة منخفضة للغاية من العناصر الغذائية.
بادئ ذي بدء ، تم إجراء توصيف المعادن من العينات الأساسية مع الشقوق لتحديد وجود المعادن الطينية ، التي تنتج عادة عن طريق تفاعلات منخفضة للغاية مع الماء الصخري (أي التجوية). كشف تحليل حيود الأشعة السينية عن وجود سميكتايت غني بالحديد في عينات أساسية تتراوح أعمارهم بين 33.5 مللي أمبير و 104 مللي أمبير ، ولكن ليس في العينات الأساسية 13.5 مللي أمبير.علاوة على ذلك ، تم تحضير مقاطع رقيقة (U1367F-6R1 و U1365E-8R4 و U1365E-12R2) المقابلة لأعماق 51 و 109.6 و 121.8 ميلا في الثانية (متر تحت قاع المحيط) من هاتين العينتين. تمت دراسة الأقسام عن طريق مسح المجهر الإلكتروني (SEM) والمجهر الإلكتروني النافذ (TEM). كما تم استخدام طريقة التحليل الطيفي للأشعة السينية (EDS) .تم العثور على smectite الغني بالحديد في الشقوق المملوءة بشكل رئيسي مع أوكسي هيدروكسيد السيلادونيت في عينة U1365E-8R4 والحديد في U1365E-12R2. بينما في العينة U1367F-6R115 ، تمتلئ الشقوق بالسمكتايت الغني بالحديد.في U1367F-6R1 ، تم اكتشاف نوعين مختلفين من تشققات smectite الغنية بالحديد:- النوع الأول مشابه لتلك الموجودة في U1365E-8R4 و U1365E-12R2 ذات المحتوى العالي من Mg و K ؛
- النوع الثاني يتميز بمحتوى عالي من الحديد ، والذي عادة ما يتم ملاحظته في smectite الغني بـ Fe من السدود المائية المائية العميقة.
أظهر الفحص المجهري المضاعف للمقاطع الرقيقة وجود إشارات مضان خلوية في مناطق الشقوق والأوردة المرتبطة بالسمكتيت الغني بـ Fe في العينات U1365E-8R4 و U1365E-12R2 (الصور أدناه).
الصورة رقم 1: صور (مجهر ضوئي وميض) للخلايا الملطخة بـ SYBR Green I ، في صدع مملوء بالسيلادونيت في U1365E-8R4 ( أ ) وفي وريد مملوء بأكسيد هيدروكسيدات الحديد في U1365E-12R2 ( ب ).على الرغم من أن smectite الغني بالحديد مع محتوى عالي من Mg و K في U1367F-6R1 يتوافق مع إشارات مضان ، لم يتم الكشف عن أي إشارات مضان في الأوردة المليئة بالسمكتيت الغني بالحديد في U1367F-6R1.للتأكد من أن هذه الإشارات الخضراء في الصور تأتي من خلايا ميكروبية ، وليس من مواد فلورية ذاتية ، تم تحضير مقاطع 10 × 10 ميكرون بسمك 3 ميكرون باستخدام شعاع أيون مركز لقياس طيف الكتلة النانوية الثانوية (nanoSIMS).كشف تحليل U1365E-8R4 عن تداخل الإشارات المتداخلة 12C14N- و 31 P- و 32 S- على البقع الكثيفة الملطخة بـ SYBR Green I ، مشيرًا إلى أنه تم الحصول على هذه الإشارات الخضراء من الخلايا الميكروبية.
شكل رقم 2: تقييم تعداد الخلايا في العينات المتشققة:— U1365E-8R4;
b — , SYBR Green I;
— U1365-8R4 (1010 3 ), nanoSIMS;
d — NanoSIMS 12C14N-;
e — NanoSIMS 31P-;
f — NanoSIMS 32S-;
g — NanoSIMS 28Si-;
h — NanoSIMS 56Fe16O-;
i — - Ga ion image 1010 NanoSIMS 12C14N- , 31P- 32S- .
تتمركز الخلايا الميكروبية على مقربة من الفراغات الميكروسكيلية وتحيط بها سمكتيت غني بالحديد. تم الحصول على نفس النتيجة للعينة U1365E-12R2.أكد استخدام المجهر الإلكتروني لمسح الإرسال (PEM) أن الخلايا الميكروبية مرتبطة مكانيًا بطبقات من smectite الغني بالحديد. بالنظر إلى هذا الاتصال والاختلاف التركيبي الكبير بين smectite الغني بالحديد وطين البنتونيت المستخدم في سائل الحفر ، استنتج العلماء أن الخلايا الميكروبية لم يتم إدخالها من سائل الحفر ، أي لم تقع في العينات من الخارج.يشير مزيج هذه البيانات إلى أن العديد من المستعمرات من الكائنات الحية الدقيقة تعيش في أعماق قاع المحيط (آسف للتورية). كانت المرحلة التالية من الدراسة هي تحديد التكوين الميكروبي لهذه المستعمرات.
الصورة رقم 3وفقًا للانتماء الجيني على أساس تسلسل الجينات 16S rRNA (الصورة رقم 3) ، تم تحديد ثلاثة أنواع من المجتمعات الميكروبية:- SPG-I ( : 13.5 ). U1368 γ- ε- , Arcobacter, Thioreductor, Sulfurimonas Sulfurovum (- / - *) Alteromonas ( *).
* — , .
* — , .
* — , .
- SPG-II (33.5–104 ). U1365 U1367 β-, *, Roseateles depolymerans.
* — , .
- SPG-III U1365E-12R2 ( 122 mbsf), γ-, Methylococaceae. Methylococaceae, , .
وقد لوحظت المجتمعات الميكروبية سابقًا في عينات القلب والماء من منطقة شمال الأطلنطي في بعثة IODP (عمر النواة 8 Ma) ، حيث يدور السائل البارد الغني بالأكسجين بنشاط في الأساس البازلت المغطى بالرواسب. ومع ذلك ، هناك اختلافات واضحة في الأنواع. وتتكون المجتمعات الميكروبية في عينات السائل شمال الأطلسي أساسا من Campylobacterales و Alteromonadales . وفي العينات الجديدة ، كانت هناك ميزة كبيرة في اتجاه Alteromonadales ، في حين كان ممثلو العطيفة في أقلية واضحة.إذا قارنا عينة من موقع صغير نسبيًا (8 و 13.5 أمبير) ، فإن مجتمعات الميكروبات الخاصة به تكون متطابقة تقريبًا مع تلك الموجودة في عينات من موقع شمال الأطلسي. ونتيجة لذلك ، تكاد تكون المجتمعات الميكروبية الموجودة في نفس عمق القاع متطابقة تقريبًا في المحيط الأطلسي والمحيط الهادئ.بمعرفة من يعيش في قاع المحيط ، كان من الضروري تحديد كيفية بقاء هذه الكائنات الحية هناك ، أي كيفية تفاعلها مع البيئة.يتكون الأساس عند 13.5 و 33.5 أمبير بشكل رئيسي من وسادة من الحمم البركانية مغطاة بالرواسب من 12 إلى 17 مترًا ، وتحتوي أعمق الرواسب في كلا القسمين على نفس تركيزات O2 المذابة والنترات المذابة. على الرغم من أن هيكل القشرة والتركيب الكيميائي لعامل الأكسدة المذاب متشابهان تمامًا في كلا المجالين ، إلا أن تكوين المجتمعات الميكروبية يختلف بشكل ملحوظ في أسس 13.5 و 33.5 أمبير. توفر معادن الطين التي تتكون في الشقوق / الأوردة أثناء تفاعلات الماء الصخري ذات درجة الحرارة المنخفضة معلومات يمكن أن تفسر الفرق بين هذه المجتمعات.
الصورة رقم 4وبالتالي ، فإن وجود وغياب السميتايت الغني بالحديد في الشقوق / الأوردة في القسمين U1367 و U1368 يشير إلى أن تكوين السميتايت الغني بالحديد قد تم تثبيته من خلال الدوران النشط لمياه البحر في U136816.على الرغم من أن أساس البازلت في U1365 يتضمن تدفقات الحمم البركانية ، حيث يكون تدفق السوائل عادة بين طبقات الصفائح وليس على طول الحواف المبردة للوحة الحمم البركانية ، إلا أن تكوين مجتمعها الميكروبي مشابه لذلك الموجود في U1367 ، والذي يتوافق مع وجود سميكتيت غني بالحديد في U1365 و U1367.يشير تدفق الحرارة في الجزء السفلي من U1367 و U1365 إلى الموصلية الحرارية كطريقة رئيسية لنقل الحرارة. في حين أن تدفق الحرارة على U1368 غير نشط للغاية ، فإنه يتبع هنا أن الطريقة الرئيسية لنقل الحرارة هي تداول السوائل في القشرة الصخرية.يتوافق هذا الاختلاف مع عمر الأساس في المناطق المعنية ، نظرًا لأن دوران السوائل ونقل الحرارة يكونان أكثر نشاطًا بشكل عام في القشرة الدافئة الشابة نسبيًا (مثل القشرة 13.5 Ma في U1368) عنها في كبار السن وبالتالي أكثر برودة لحاء (على سبيل المثال ، لحاء 33.5 Ma في المنطقة U1367 و 104 Ma في المنطقة U1365).يعتقد العلماء أن قابلية السكن للمؤسسة تتحكم فيها تدفقات الحرارة والسوائل ، والتي تميل إلى الانخفاض بمرور الوقت مقارنة بالهيكل الأساسي للقشرة. بالإضافة إلى ذلك ، يبدو أن تكوين smectite الغني بالحديد في الأساس البازلتي يرتبط بأنواع الكائنات الحية الدقيقة في القشرة المحيطية القديمة.أظهر فحص أكثر تفصيلاً لشريحة 10x10 ميكرون ، التي تم ذكرها سابقًا ، أن نطاق كثافة الخلية هوn x 3.3 x 10 9 خلايا / سم 3 ، حيث n هو عدد الخلايا الموجودة في الشريحة.لذلك ، في العينات U1365E-8R4 و U1365E-12R2 ، كان العدد التقريبي للخلايا 5.0 × 10 10 و 0.7 × 10 10 خلايا / سم 3 . اقتصر تراكم الخلايا على smectite الغني بالحديد عند الواجهة بين البازلت والمعادن الأخرى.ضمن هذه الواجهة ، تكون كثافة الخلية عالية للغاية مقارنة بكثافة الخلايا في أعمق الرواسب (~ 10 2 خلية / سم 3) تقع فوق أساسات البازلت في المقاطع U1365 و U136714 ، ومقارنتها بالسوائل ذات درجة الحرارة المنخفضة التي تم جمعها من أساس البازلت (8 Ma) من منطقة شمال الأطلسي (~ 10 4 خلايا / سم 3 ).
الصورة رقم 5للتحقق من صحة كثافة خلية معينة ، تم إجراء التحليل الطيفي µ-رامان ، والذي يسمح للمرء بالحصول على طيف من مجموعات الميكروبات سمكتايت (الصورة رقم 5).تم الحصول على الطيف في جميع الواجهات المليئة بالسمكتيت الغني بالحديد مع محتوى عالي من Mg و K في U1367F-6R1 و U1365E-8R4 و U1365E-12R2 ، ولكن ليس من U1367F-6R1 مع smectite الغني بالحديد وارتفاع Fe. قد يكون عدم وجود طيف في smectite الغني بالحديد بسبب تكوينه في تل مائي حراري في المياه العميقة بالقرب من سلسلة منتصف المحيط.Smectite هو معدن طيني دقيق الحبيبات مع مساحة كبيرة لامتصاص المواد العضوية. نظرًا لأن المجتمعات الميكروبية السائدة الموجودة في القاعدتين البازلتية 33 و 104 Ma هي متغايرة التغذية ، فمن الممكن أن تساعد المواد العضوية المرتبطة بالسمكتيت الغني بالحديد في الحفاظ على كثافة عالية للخلايا في الواجهة البازلتية.احتوت عينات سميكتايت للتحليل على 22 مرة كربون عضوي أكثر مما وجد في الأقسام الأساسية الأخرى. وهذا يؤكد تمامًا النظرية القائلة بأن المواد العضوية المرتبطة بالمعادن تحفز النشاط المغاير للكائنات الحية الدقيقة في واجهة البازلت.لمعرفة أكثر تفصيلا مع الفروق الدقيقة في الدراسة، أوصي بأن تنظر في تقرير العلماء و مواد إضافية لذلك.الخاتمة
في هذا العمل ، درس العلماء عينات قاع المحيطات من أعماق حفر مختلفة ، وبالتالي من أعمار مختلفة (104 ، 33.5 و 15.1 مليون سنة). تبين أن العينات غنية بالكائنات الحية الدقيقة ، حيث كانت كثافتها في بعض المناطق حوالي 0.7 × 10 10 خلايا / سم 3 . تعود القدرة على العيش في مثل هذه الظروف غير الجذابة للبكتيريا إلى معدن الطين المحيط بها - smectite.تحتوي الصخور على شقوق مليئة بالسمكتايت ، والتي بدورها تركز العناصر الغذائية التي تحتاجها البكتيريا.لا تساعد نتائج هذه الدراسة في الكشف عن بعض أسرار قاع المحيط فحسب ، بل تساهم أيضًا في إنشاء تقنيات جديدة للكشف عن الحياة على الكواكب الأخرى. يقول الباحثون أنفسهم إن اكتشافهم يمكن أن يكون مفيدًا لعمليات البحث هذه على كوكب المريخ ، لأن التركيب المعدني لقاع المحيطات يشبه على الأرجح التركيب المعدني لسطح المريخ.ينوي الباحثون مواصلة عملهم ، ولكن بالفعل في فريق مع ممثلي وكالة ناسا. يخططون لاختبار منهجهم على عينات الصخور التي تم الحصول عليها من المريخ.شكرا لكم على اهتمامكم ، ابقوا فضوليين وأتمنى لكم أسبوع عمل جيد يا رفاق. :)القليل من الدعاية :)
أشكركم على البقاء معنا. هل تحب مقالاتنا؟ هل تريد رؤية مواد أكثر إثارة للاهتمام؟ ادعمنا عن طريق تقديم طلب أو التوصية لأصدقائك VPS القائم على السحابة للمطورين من $ 4.99 ، وهو نظير فريد من نوعه لخوادم مستوى الدخول التي اخترعناها لك: الحقيقة الكاملة عن VPS (KVM) E5-2697 v3 (6 نوى) 10GB DDR4 480GB SSD 1Gbps من $ 19 أو كيفية تقسيم الخادم؟ (تتوفر الخيارات مع RAID1 و RAID10 ، حتى 24 مركزًا و 40 جيجابايت DDR4).Dell R730xd أرخص مرتين في مركز بيانات Equinix Tier IV في أمستردام؟ فقط لدينا 2 x Intel TetraDeca-Core Xeon 2x E5-2697v3 2.6GHz 14C 64GB DDR4 4x960GB SSD 1Gbps 100 TV من 199 دولارًا في هولندا!Dell R420 - 2x E5-2430 2.2 جيجا هرتز 6C 128 جيجا بايت DDR3 2x960GB SSD 1Gbps 100TB - من 99 دولار! اقرأ عن كيفية بناء مبنى البنية التحتية الفئة c باستخدام خوادم Dell R730xd E5-2650 v4 بتكلفة 9000 يورو مقابل سنت واحد؟