Wenn wir vom Unbekannten sprechen, schauen wir oft zum Himmel, als ob wir versuchen würden, entfernte Planeten, Sternensysteme und Galaxien mit eigenen Augen zu sehen. Es ist jedoch nicht nötig, Tausende von Lichtjahren zu reisen, wenn das Unbekannte unter unserer Nase liegt. Natürlich sprechen wir über die Ozeane. Die Ozeane nehmen einen großen Teil unseres Planeten ein und beherbergen eine Vielzahl von Kreaturen: Einige leben in Küstennähe, andere bevorzugen düstere Dunkelheit näher am Boden. Wir wissen nicht viel über die Bewohner der bodennahen Schichten der Ozeane, aber noch weniger über die Bewohner der unteren Felsen. Wissenschaftler der Universität Tokio (Japan) haben eine neue Bakterienart entdeckt, die seit vielen Millionen Jahren in zahlreichen Kolonien auf dem Meeresboden lebt. Wissenschaftler glauben, dass die Untersuchung dieser Organismen helfen wird, Leben auf dem Mars zu finden. Wo wurden die Bakterien gefunden?Was sind ihre Merkmale und wie genau bezieht sich diese Entdeckung auf das Leben auf dem Mars? Die Antworten auf diese Fragen erwarten uns im Bericht der Wissenschaftler. Gehen.Die oberen Schichten der ozeanischen Kruste bestehen hauptsächlich aus Basalten. Die Quelle der Basalte ist Magma, das sich bei Kontakt mit Luft oder Wasser nach einem Ausbruch verfestigt. In den Ozeanen ist der Hauptursprungsort der Basalte der Mittelozeanergrat - eine Reihe von Kämmen, die sich in den zentralen Regionen aller Ozeane befinden. Die Höhe dieser Seeberge beträgt ca. 2-3 km von den Abgrundebenen (Ebenen der ozeanischen Becken). Es ist kein Geheimnis, dass der Prozess der Basaltbildung als Hochtemperaturreaktion indirekt genug Energie liefert, um die Chemosynthese aufrechtzuerhalten, wenn anorganische Verbindungen als Brennstoff für die Synthese organischer Verbindungen aus CO 2 dienen . Diese Methode der autotrophen (organischen von anorganischen) Ernährung ist einzigartig für Archaeen (nichtnukleare einzellige Organismen) und Bakterien.An den Seiten des Kamms erfolgt die Zirkulation der Krustenflüssigkeit hydrothermal innerhalb der mit Sedimenten überladenen Basaltlava. Der Teil der Basaltlava unter der Sedimentschicht wird als Basaltbasis (Fundament) bezeichnet. Frühere Studien an 3,5 bis 8 Millionen Jahre alten Ozeankämmen zeigten, dass diese relativ jungen Grundwasserleiter * der Erdkruste reich an anaeroben Thermophilen * und aeroben Mesophilen * sind , die an der Zirkulation von Wasserstoff, Kohlenstoff und Schwefel beteiligt sind.Grundwasserleiter * - Sedimentgestein aus einer oder mehreren unterirdischen Gesteinsschichten mit unterschiedlicher Wasserdurchlässigkeit.
Thermophile * - Organismen, die an Orten leben, an denen die Temperatur über 45 ° C liegt.
* — , , 20 45 °C.
Wenn Gesteinsrisse mit sekundären Mineralien gefüllt werden, nimmt die Intensität der Flüssigkeitszirkulation und die Reaktion der Basaltbildung ab, was einer Zunahme des Alters der Kruste entspricht. Der größte Teil der Oxidation findet in den ersten 10 Millionen Jahren nach der Bildung der Kruste statt, und dies sind etwa 90% der gesamten ozeanischen Lithosphäre der Erde.Laut Wissenschaftlern ist eine vollständige Untersuchung seiner Struktur angesichts der großen Fläche und Unzugänglichkeit des Meeresbodens selbst mit aktuellen Technologien ein äußerst komplexer Prozess. Es gibt jedoch Hinweise darauf, dass das Alter der Veränderungen in der ozeanischen Kruste, das auf biologische Aktivität hinweist, etwa 3,5 Milliarden Jahre beträgt. Die Rolle der mikrobiellen Aktivität bei der Entstehung dieser Veränderungen wurde jedoch bisher nicht bewertet.
In dieser Arbeit beschreiben Wissenschaftler die Ergebnisse der Analyse von Proben, die während der IODP-Expedition (integriertes Ozeanbohrprogramm aus dem integrierten Ozeanbohrprogramm) im südpazifischen Kreisel (SPG aus dem südpazifischen Kreisel ) gewonnen wurden.Die Analyse der Proben zeigte das Vorhandensein von mikrobiellen Zellen in eisenreichem Smektit (eine Gruppe von Tonmineralien, zu denen Montmorillonit, Nontronit, Beidelit usw. gehören). Die Analyse der Lipidprofile und DNA-Sequenzen dieser Organismen zeigte, dass es sich um heterotrophe Bakterien handelt, was auf das Vorhandensein organischer Substanzen im Unterwasserbasalt hinweist.Forschungsergebnisse
In SPG ist die Ablagerungsrate ziemlich niedrig, wodurch Sedimente, die auf den Boden fallen, fast vollständig frei von organischer Substanz sind.
Tabelle 1: Probendaten (mbsf - Meter unter dem Meeresboden; NS - keine Probenahme; Ma - Millionen von Jahren).Proben wurden in drei Regionen mit unterschiedlichem Alter entnommen: U1365 - 104 Ma; U1367 - 33,5 Ma; U1368 - 13,5 Ma.In einer solchen ultra-oligotrophen Umgebung * dringt gelöstes O 2 vom Meeresboden in das Basaltfundament ein und unterstützt das Leben aerober Mikroben über die gesamte Tiefe der Ablagerungen.Ultraoligotrophe Umgebung * ist eine Umgebung mit einem extrem niedrigen Nährstoffgehalt.
Zunächst wurde die Charakterisierung von Mineralien aus Kernproben mit Rissen durchgeführt, um das Vorhandensein von Tonmineralien zu bestimmen, die üblicherweise durch Niedertemperatur-Stein-Wasser-Wechselwirkungen (d. H. Verwitterung) erzeugt werden. Röntgenbeugungsanalyse ergab das Vorhandensein von eisenreichem Smektit in Kernproben im Alter von 33,5 Ma und 104 Ma, jedoch nicht in Kernproben im Alter von 13,5 Ma.Ferner wurden aus diesen beiden Proben Dünnschnitte (U1367F-6R1, U1365E-8R4 und U1365E-12R2) hergestellt, die Tiefen von 51, 109,6 und 121,8 mbsf (Meter unter dem Meeresboden) entsprachen. Die Schnitte wurden mit einem Rasterelektronenmikroskop (SEM) und einem Transmissionselektronenmikroskop (TEM) untersucht. Ein energiedispersives Röntgenspektroskopie (EDS) -Verfahren wurde ebenfalls angewendet .Eisenreicher Smektit wurde in Rissen gefunden, die hauptsächlich mit Celadonitoxyhydroxiden in Probe U1365E-8R4 und Eisen in U1365E-12R2 gefüllt waren. Während in Probe U1367F-6R115 die Risse mit eisenreichem Smektit gefüllt waren.In U1367F-6R1 wurden zwei Arten von zusammensetzungsmäßig unterschiedlichen Fe-reichen Smektitrissen entdeckt:- der erste Typ ähnelt denen in U1365E-8R4 und U1365E-12R2 mit einem hohen Gehalt an Mg und K;
- Der zweite Typ zeichnet sich durch einen hohen Eisengehalt aus, der üblicherweise in Fe-reichem Smektit aus hydrothermalen Tiefwasserböschungen beobachtet wird.
Die Fluoreszenzmikroskopie von Dünnschnitten zeigte das Vorhandensein von zellulären Fluoreszenzsignalen in den Bereichen von Rissen und Venen, die mit Fe-reichem Smektit in den Proben U1365E-8R4 und U1365E-12R2 assoziiert sind (Bilder unten).
Bild Nr. 1: Bilder (Licht- und Fluoreszenzmikroskopie) von mit SYBR Green I gefärbten Zellen in einem mit Celadonit gefüllten Riss in U1365E-8R4 ( a ) und in einer mit Eisenoxyhydroxiden gefüllten Vene in U1365E-12R2 ( b ).Obwohl eisenreicher Smektit mit einem hohen Mg- und K-Gehalt in U1367F-6R1 Fluoreszenzsignalen entspricht, wurden in mit eisenreichem Smektit in U1367F-6R1 gefüllten Venen keine Fluoreszenzsignale nachgewiesen.Um zu bestätigen, dass diese grünlichen Signale in den Bildern von mikrobiellen Zellen und nicht von autofluoreszierenden Materialien stammen, wurden 10 × 10 μm Schnitte mit einer Dicke von 3 μm unter Verwendung eines fokussierten Ionenstrahls für die nanoskalige Sekundärionen-Massenspektrometrie (nanoSIMS) hergestellt.Die Analyse von U1365E-8R4 ergab überlappende 12C14N-, 31P- und 32S- Signale an mit SYBR Green I gefärbten dichten Stellen, was darauf hinweist, dass diese grünlichen Signale von mikrobiellen Zellen erhalten wurden.
Bild Nr. 2: Beurteilung der Zellpopulation in rissigen Proben:— 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- .
Mikrobielle Zellen sind in unmittelbarer Nähe von Hohlräumen im Mikromaßstab lokalisiert und von eisenreichem Smektit umgeben. Das gleiche Ergebnis wurde für die Probe U1365E-12R2 erhalten.Die Verwendung eines Transmissions-Rasterelektronenmikroskops (PEM) bestätigte, dass mikrobielle Zellen räumlich mit Schichten aus eisenreichem Smektit verbunden sind. Angesichts dieser Verbindung und des großen Zusammensetzungsunterschieds zwischen eisenreichem Smektit und Bentonit-Ton, der zum Bohren von Flüssigkeit verwendet wird, kamen die Wissenschaftler zu dem Schluss, dass keine mikrobiellen Zellen aus der Bohrflüssigkeit eingeführt wurden, d. H. fiel nicht von außen in die Proben.Die Kombination dieser Daten legt nahe, dass zahlreiche Kolonien von Mikroorganismen in den Tiefen des Meeresbodens leben (Entschuldigung für das Wortspiel). Die nächste Stufe der Studie war die Bestimmung der mikrobiellen Zusammensetzung dieser Kolonien.
Bild Nr. 3In Übereinstimmung mit der phylogenetischen Zugehörigkeit basierend auf 16S-rRNA-Gensequenzen (Bild Nr. 3) wurden drei Arten von mikrobiellen Gemeinschaften identifiziert:- 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, , .
Mikrobielle Gemeinschaften wurden zuvor in Kern- und Wasserproben aus der Nordatlantikregion der IODP-Expedition (Kernalter 8 Ma) beobachtet, in denen sauerstoffhaltige kalte Flüssigkeit aktiv in der mit Sedimenten bedeckten Basaltgrundlage zirkuliert. Es gibt jedoch deutliche Artenunterschiede. Mikrobielle Gemeinschaften in den nordatlantischen Flüssigkeitsproben bestehen hauptsächlich aus Campylobacterales und Alteromonadales . Und in den neuen Proben gab es einen signifikanten Vorteil in Richtung Alteromonadales , während die Vertreter von Campylobacterales in einer klaren Minderheit waren.Wenn wir eine Probe von einem relativ jungen Standort (8 und 13,5 Ma) vergleichen, sind ihre mikrobiellen Gemeinschaften fast identisch mit denen, die in Proben vom nordatlantischen Standort gefunden wurden. Folglich sind im Atlantik und im Pazifik die mikrobiellen Gemeinschaften, die sich in derselben Tiefe des Bodens befinden, nahezu identisch.Um zu wissen, wer auf dem Grund des Ozeans lebt, musste festgestellt werden, wie diese Organismen dort überleben, dh wie sie mit der Umwelt interagieren.Das Fundament bei 13,5 und 33,5 Ma besteht hauptsächlich aus einem Lavakissen, das mit Ablagerungen von 12 bis 17 m Dicke bedeckt ist. Das tiefste Sediment in beiden Abschnitten enthält die gleichen Konzentrationen an gelöstem O2 und gelöstem Nitrat. Obwohl die Struktur der Kruste und die chemische Zusammensetzung des gelösten Oxidationsmittels in beiden Bereichen ziemlich ähnlich sind, unterscheidet sich die Zusammensetzung der mikrobiellen Gemeinschaften in den Fundamenten von 13,5 und 33,5 Ma deutlich. Tonmineralien, die sich bei Niedertemperatur-Stein-Wasser-Wechselwirkungen in Rissen / Adern bilden, liefern Informationen, die den Unterschied zwischen diesen Gemeinschaften erklären können.
Bild Nr. 4Das Vorhandensein und Fehlen von eisenreichem Smektit in Rissen / Adern in den Abschnitten U1367 und U1368 weist somit darauf hin, dass die Bildung von eisenreichem Smektit durch die aktive Zirkulation von Meerwasser in U136816 gehemmt wurde.Obwohl das Basaltfundament bei U1365 Lavaströme enthält, bei denen der Flüssigkeitsfluss normalerweise zwischen den Schichtschichten und nicht entlang der abgekühlten Ränder des Lavapads erfolgt, ähnelt die Zusammensetzung seiner mikrobiellen Gemeinschaft der bei U1367, was mit dem Vorhandensein von eisenreichem Smektit in U1365 übereinstimmt und U1367.Der Wärmefluss am Boden von U1367 und U1365 zeigt die Wärmeleitfähigkeit als Hauptmethode für die Wärmeübertragung an. Während der Wärmefluss auf U1368 nicht so aktiv ist, folgt hier, dass die Hauptmethode der Wärmeübertragung die Zirkulation von Flüssigkeit in der felsigen Kruste ist.Dieser Unterschied stimmt mit dem Alter des Fundaments in den jeweiligen Bereichen überein, da die Flüssigkeitszirkulation und die Wärmeübertragung in relativ jungen warmen Krusten (wie der 13,5-Ma-Kruste in U1368) im Allgemeinen viel aktiver sind als in älteren und daher kälteren Rinde (zum Beispiel Rinde 33,5 Ma im Bereich U1367 und 104 Ma im Bereich U1365).Wissenschaftler glauben, dass die Bewohnbarkeit des Fundaments durch Wärme- und Flüssigkeitsströme gesteuert wird, die im Vergleich zur Primärstruktur der Kruste im Laufe der Zeit tendenziell abnehmen. Darüber hinaus scheint die Bildung von eisenreichem Smektit in der Basaltgrundlage mit der Art der Mikroorganismen in der älteren ozeanischen Kruste zu korrelieren.Eine detailliertere Untersuchung der 10 × 10 Mikron-Scheibe, die zuvor erwähnt wurde, zeigte, dass der Zelldichtebereich istn x 3,3 x 10 9 Zellen / cm 3 , wobei n die Anzahl der in der Scheibe gefundenen Zellen ist.Daher betrug in den Proben U1365E-8R4 und U1365E-12R2 die ungefähre Anzahl von Zellen 5,0 × 10 10 und 0,7 × 10 10 Zellen / cm 3 . Die Zellakkumulation war auf eisenreichen Smektit an der Grenzfläche zwischen Basalt und anderen Mineralien beschränkt.Innerhalb dieser Grenzfläche ist die Zelldichte im Vergleich zur Zelldichte im tiefsten Sediment (~ 10 2 Zellen / cm 3) extrem hoch) in den Abschnitten U1365 und U136714 über den Basaltfundamenten liegen und mit Niedertemperaturflüssigkeiten verglichen werden, die von einem Basaltfundament (8 Ma) aus dem Nordatlantik (~ 10 4 Zellen / cm 3 ) gesammelt wurden .
Bild Nr. 5Um die Richtigkeit einer bestimmten Zelldichte zu überprüfen, wurde eine µ-Raman-Spektroskopie durchgeführt, mit der ein Spektrum aus mikrobiellen Smektitclustern erhalten werden kann (Bild Nr. 5).Das Spektrum wurde an allen Grenzflächen erhalten, die mit eisenreichem Smektit mit einem hohen Mg- und K-Gehalt in U1367F-6R1, U1365E-8R4 und U1365E-12R2 gefüllt waren, jedoch nicht aus U1367F-6R1 mit eisenreichem Smektit und hohem Fe. Das Fehlen eines Spektrums in eisenreichem Smektit kann auf seine Bildung in einem hydrothermalen Tiefwasserhügel in der Nähe des mittelozeanischen Kamms zurückzuführen sein.Smektit ist ein feinkörniges Tonmineral mit einer großen Oberfläche zur Adsorption organischer Substanzen. Da die dominanten mikrobiellen Gemeinschaften in den Basaltbasen 33 und 104 Ma heterotrop sind, ist es möglich, dass organische Stoffe, die mit eisenreichem Smektit assoziiert sind, dazu beitragen, eine hohe Zelldichte an der Basaltgrenzfläche aufrechtzuerhalten.Zur Analyse entnommene Smektitproben enthielten 22-mal mehr organischen Kohlenstoff als in anderen Kernabschnitten. Dies bestätigt voll und ganz die Theorie, dass mit Mineralien assoziierte organische Substanzen die heterotrophe Aktivität von Mikroorganismen an der Basaltgrenzfläche stimulieren.Um die Nuancen der Studie genauer kennenzulernen, empfehle ich Ihnen, den Bericht von Wissenschaftlern und zusätzliche Materialien zu lesen.Epilog
In dieser Arbeit untersuchten Wissenschaftler Meeresbodenproben unterschiedlicher Bohrtiefe und damit unterschiedlichen Alters (104, 33,5 und 15,1 Millionen Jahre). Die Proben erwiesen sich als reich an Mikroorganismen, deren Dichte in einigen Bereichen etwa 0,7 × 10 10 Zellen / cm 3 betrug . Die Fähigkeit, unter solch unattraktiven Bedingungen für Bakterien zu leben, beruht auf dem sie umgebenden Tonmineral - Smektit.Das Gestein enthält mit Smektit gefüllte Risse, die wiederum die von Bakterien benötigten Nährstoffe konzentrieren.Die Ergebnisse dieser Studie helfen nicht nur, einige der Geheimnisse des Meeresbodens aufzudecken, sondern tragen auch zur Schaffung neuer Techniken bei, um das Leben auf anderen Planeten aufzudecken. Die Forscher selbst sagen, dass ihr Fund für solche Suchen auf dem Mars nützlich sein kann, da die Mineralzusammensetzung des Meeresbodens wahrscheinlich der Mineralzusammensetzung der Marsoberfläche ähnelt.Die Forscher beabsichtigen, ihre Arbeit fortzusetzen, jedoch bereits in einem Team mit Vertretern der NASA. Sie planen, ihre Methodik an Gesteinsproben zu testen, die vom Mars stammen.Vielen Dank für Ihre Aufmerksamkeit, bleiben Sie neugierig und haben Sie eine gute Arbeitswoche, Jungs. :) :)Ein bisschen Werbung :)
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