Hablando de lo desconocido, a menudo miramos hacia el cielo, como si tratamos de ver con nuestros propios ojos planetas distantes, sistemas estelares y galaxias. Sin embargo, no hay necesidad de viajar miles de años luz cuando lo desconocido yace bajo nuestras narices. Por supuesto, estamos hablando de los océanos. Ocupando una gran parte de nuestro planeta, los océanos albergan una gran variedad de criaturas: algunos viven cerca de la costa, otros prefieren la oscuridad sombría más cerca del fondo. No sabemos mucho sobre los habitantes de las capas cercanas al fondo de los océanos, pero aún menos sobre los habitantes de las rocas del fondo. Científicos de la Universidad de Tokio (Japón) han descubierto una nueva especie de bacteria que vive en numerosas colonias en el fondo del océano durante muchos millones de años. Los científicos creen que el estudio de estos organismos ayudará a encontrar vida en Marte. ¿Dónde se encontraron las bacterias?¿Cuáles son sus características y cómo se relaciona exactamente este descubrimiento con la vida en Marte? Las respuestas a estas preguntas nos esperan en el informe de los científicos. Vamos.Las capas superiores de la corteza oceánica consisten principalmente de basaltos. La fuente de los basaltos es el magma, que se solidifica al contacto con el aire o el agua después de una erupción. En los océanos, el principal lugar de origen de los basaltos es la cresta del océano medio, una cadena de crestas ubicadas en las regiones centrales de todos los océanos. La altura de estos montes submarinos es de aproximadamente 2-3 km desde las llanuras abisales (llanuras de depresiones oceánicas). No es ningún secreto que el proceso de formación de basalto, al ser una reacción a alta temperatura, proporciona indirectamente suficiente energía para mantener la quimiosíntesis, cuando los compuestos inorgánicos sirven como combustible para la síntesis de compuestos orgánicos a partir de CO 2 . Este método de nutrición autotrófica (materia orgánica de inorgánica) es exclusivo de las arqueas (organismos unicelulares no nucleares) y las bacterias.En los lados laterales de la cresta, la circulación del líquido cortical se realiza hidrotermalmente dentro de la lava basáltica, sobrecargada de sedimentos. La parte de la lava basáltica debajo de la capa sedimentaria se llama base basáltica (base). Estudios previos de crestas oceánicas de entre 3.5 y 8 millones de años mostraron que estos acuíferos * relativamente jóvenes de la corteza terrestre son ricos en termófilos anaeróbicos * y mesófilos aeróbicos * , que están involucrados en la circulación de hidrógeno, carbono y azufre.Acuífero * : roca sedimentaria de una o más capas subterráneas de rocas con diversos grados de permeabilidad al agua.
Termófilos * : organismos que viven en lugares donde la temperatura es superior a 45 ° C.
* — , , 20 45 °C.
Cuando las grietas de las rocas se llenan de minerales secundarios, la intensidad de la circulación del fluido y la reacción de formación de basalto disminuye, lo que corresponde a un aumento en la edad de la corteza. La mayor parte de la oxidación ocurre en los primeros 10 millones de años después de la formación de la corteza, y esto es alrededor del 90% de toda la litosfera oceánica de la Tierra.Según los científicos, dada la vasta área y la inaccesibilidad del fondo del océano, un estudio completo de su estructura es un proceso extremadamente complejo, incluso con las tecnologías actuales. Sin embargo, hay evidencia de que la edad de los cambios en la corteza oceánica, lo que indica actividad biológica, es de aproximadamente 3.500 millones de años. Sin embargo, el papel de la actividad microbiana en el origen de estos cambios no se ha evaluado previamente.
En este trabajo, los científicos describen los resultados del análisis de muestras obtenidas durante la expedición IODP (programa integrado de perforación oceánica del programa integrado de perforación oceánica), realizado en el giro del Pacífico Sur (SPG del giro del Pacífico Sur ).El análisis de las muestras mostró la presencia de células microbianas en la esmectita rica en hierro (un grupo de minerales arcillosos que incluye montmorillonita, nontronita, beidelita, etc.). El análisis de los perfiles lipídicos y las secuencias de ADN de estos organismos mostraron que son bacterias heterotróficas, lo que indica la presencia de sustancias orgánicas en el basalto subacuático.Resultados de la investigacion
En SPG, la tasa de deposición es bastante baja, de la cual los sedimentos que caen al fondo están casi completamente desprovistos de materia orgánica.
Tabla 1: datos de muestra (mbsf - metros debajo del fondo del océano; NS - sin muestreo; Ma - millones de años).Se tomaron muestras en tres regiones con diferentes edades: U1365 - 104 Ma; U1367 - 33.5 Ma; U1368 - 13.5 Ma.En dicho entorno ultraoligotrófico *, el O 2 disuelto penetra desde el fondo del océano hasta la base de basalto y mantiene la vida de los microbios aeróbicos en toda la profundidad de los depósitos.El entorno ultraoligotrófico * es un entorno con un contenido de nutrientes extremadamente bajo.
En primer lugar, la caracterización de minerales a partir de muestras de núcleos con grietas se realizó para determinar la presencia de minerales arcillosos, generalmente producidos por interacciones roca-agua a baja temperatura (es decir, meteorización). El análisis de difracción de rayos X reveló la presencia de esmectita rica en hierro en muestras de núcleo de 33,5 Ma y 104 Ma, pero no en muestras de núcleo de 13,5 Ma.Además, se prepararon secciones delgadas (U1367F-6R1, U1365E-8R4 y U1365E-12R2) correspondientes a profundidades de 51, 109.6 y 121.8 mbsf (metros debajo del fondo del océano) a partir de estas dos muestras. Las secciones se estudiaron mediante microscopio electrónico de barrido (SEM) y microscopio electrónico de transmisión (TEM). También se empleó un método de espectroscopía de rayos X dispersiva de energía (EDS) .Se encontró esmectita rica en hierro en grietas rellenas principalmente con oxihidróxidos de celadonita en la muestra U1365E-8R4 y hierro en U1365E-12R2. Mientras que en la muestra U1367F-6R115, las grietas se rellenaron con esmectita rica en hierro.En U1367F-6R1, se descubrieron dos tipos de grietas de esmectita ricas en Fe diferentes en composición:- el primer tipo es similar a los encontrados en U1365E-8R4 y U1365E-12R2 con un alto contenido de Mg y K;
- El segundo tipo se caracteriza por un alto contenido de hierro, que generalmente se observa en la esmectita rica en Fe de los terraplenes hidrotermales de aguas profundas.
La microscopía de fluorescencia de secciones delgadas mostró la presencia de señales de fluorescencia celular en las áreas de grietas y venas asociadas con esmectita rica en Fe en las muestras U1365E-8R4 y U1365E-12R2 (imágenes a continuación).
Imagen No. 1: imágenes (microscopía de luz y fluorescencia) de células teñidas con SYBR Green I, en una grieta llena de celadonita en U1365E-8R4 ( a ) y en una vena llena de oxihidróxidos de hierro en U1365E-12R2 ( b ).Aunque la esmectita rica en hierro con un alto contenido de Mg y K en U1367F-6R1 corresponde a señales de fluorescencia, no se detectaron señales de fluorescencia en venas llenas de esmectita rica en hierro en U1367F-6R1.Para confirmar que estas señales verdosas en las imágenes provienen de células microbianas, y no de materiales autofluorescentes, se prepararon secciones de 10 x 10 μm con un espesor de 3 μm utilizando un haz de iones enfocado para la espectrometría de masas de iones secundarios a nanoescala (nanoSIMS).El análisis de U1365E-8R4 reveló la superposición de señales 12C14N-, 31P- y 32S- en puntos densos teñidos con SYBR Green I, lo que indica que estas señales verdosas se obtuvieron de células microbianas.
Imagen No. 2: Evaluación de la población celular en muestras agrietadas:— 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- .
Las células microbianas se localizan muy cerca de huecos a microescala y están rodeadas de esmectita rica en hierro. Se obtuvo el mismo resultado para la muestra U1365E-12R2.El uso de un microscopio electrónico de barrido de transmisión (PEM) confirmó que las células microbianas están conectadas espacialmente con capas de esmectita rica en hierro. Dada esta conexión y la gran diferencia de composición entre la esmectita rica en hierro y la arcilla de bentonita utilizada para el lodo de perforación, los científicos concluyeron que no se introdujeron células microbianas del lodo de perforación, es decir. no cayó en las muestras desde el exterior.La combinación de estos datos sugiere que numerosas colonias de microorganismos viven en las profundidades del fondo del océano (perdón por el juego de palabras). La siguiente etapa del estudio fue la determinación de la composición microbiana de estas colonias.
Imagen No. 3De acuerdo con la afiliación filogenética basada en secuencias de genes de ARNr 16S (Imagen No. 3), se identificaron tres tipos de comunidades microbianas:- 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, , .
Las comunidades microbianas se observaron previamente en muestras de núcleo y agua de la región del Atlántico Norte de la expedición IODP (edad central 8 Ma), donde el líquido frío oxigenado circula activamente en la base de basalto cubierto de sedimentos. Sin embargo, existen claras diferencias en las especies. Las comunidades microbianas en las muestras de fluidos del Atlántico Norte están compuestas principalmente por Campylobacterales y Alteromonadales . Y en las nuevas muestras hubo una ventaja significativa en la dirección de Alteromonadales , mientras que los representantes de Campylobacterales estaban en una clara minoría.Si comparamos una muestra de un sitio relativamente joven (8 y 13.5 Ma), entonces sus comunidades microbianas son casi idénticas a las que se encuentran en las muestras del sitio del Atlántico Norte. En consecuencia, en el Océano Atlántico y en el Océano Pacífico, las comunidades microbianas que se encuentran a la misma profundidad del fondo son casi idénticas.Sabiendo quién vive en el fondo del océano, fue necesario establecer cómo estos organismos sobreviven allí, es decir, cómo interactúan con el medio ambiente.La base a 13.5 y 33.5 Ma consiste principalmente en un cojín de lava cubierto con sedimentos de 12 a 17 m de espesor. El sedimento más profundo en ambas secciones contiene las mismas concentraciones de O2 disuelto y nitrato disuelto. Aunque la estructura de la corteza y la composición química del agente oxidante disuelto son bastante similares en ambas áreas, la composición de las comunidades microbianas difiere notablemente en los cimientos de 13.5 y 33.5 Ma. Los minerales arcillosos que se forman en las grietas / vetas durante las interacciones roca-agua a baja temperatura proporcionan información que puede explicar la diferencia entre estas comunidades.
Imagen No. 4Por lo tanto, la presencia y ausencia de esmectita rica en hierro en grietas / venas en las secciones U1367 y U1368 indica que la formación de esmectita rica en hierro fue inhibida por la circulación activa de agua de mar en U136816.Aunque la base de basalto en U1365 incluye flujos de lava, donde el flujo de fluido generalmente está entre las capas de la lámina y no a lo largo de los bordes enfriados de la almohadilla de lava, la composición de su comunidad microbiana es similar a la encontrada en U1367, lo que es consistente con la presencia de esmectita rica en hierro en U1365 y U1367.El flujo de calor en la parte inferior de U1367 y U1365 indica la conductividad térmica como el método principal de transferencia de calor. Si bien el flujo de calor en U1368 no es tan activo, se deduce que aquí el método principal de transferencia de calor es la circulación de fluido en la corteza rocosa.Esta diferencia es consistente con la edad de la fundación en las áreas respectivas, ya que la circulación de fluidos y la transferencia de calor son generalmente mucho más activas en la corteza cálida relativamente joven (como la corteza de 13.5 Ma en U1368) que en la más antigua y, por lo tanto, más fría corteza (por ejemplo, corteza 33.5 Ma en el área U1367 y 104 Ma en el área U1365).Los científicos creen que la habitabilidad de la base está controlada por los flujos de calor y fluidos, que tienden a disminuir con el tiempo en comparación con la estructura primaria de la corteza. Además, la formación de esmectita rica en hierro en la base basáltica parece correlacionarse con las especies de microorganismos en la corteza oceánica más antigua.Un examen más detallado de la rebanada de 10x10 micras, que se mencionó anteriormente, mostró que el rango de densidad celular esn x 3.3 x 10 9 celdas / cm 3 , donde n es el número de celdas encontradas en el corte.Por lo tanto, en las muestras U1365E-8R4 y U1365E-12R2, el número aproximado de células fue de 5.0 × 10 10 y 0.7 × 10 10 células / cm 3 . La acumulación celular se limitó a la esmectita rica en hierro en la interfaz entre el basalto y otros minerales.Dentro de esta interfaz, la densidad celular es extremadamente alta en comparación con la densidad celular en el sedimento más profundo (~ 10 2 células / cm 3) que se encuentran por encima de los cimientos de basalto en las secciones U1365 y U136714, y en comparación con los líquidos de baja temperatura recogidos de un cimiento de basalto (8 Ma) de la región del Atlántico Norte (~ 10 4 células / cm 3 ).
Imagen No. 5Para verificar la exactitud de una determinada densidad celular, se realizó una espectroscopía µ-Raman, que permite obtener un espectro a partir de grupos de esmectita microbiana (imagen No. 5).El espectro se obtuvo en todas las interfaces llenas de esmectita rica en hierro con un alto contenido de Mg y K en U1367F-6R1, U1365E-8R4 y U1365E-12R2, pero no en U1367F-6R1 con esmectita rica en hierro y alta Fe. La ausencia de un espectro en la esmectita rica en hierro puede deberse a su formación en un montículo hidrotermal de aguas profundas cerca de la cresta del océano medio.La esmectita es un mineral de arcilla de grano fino con una gran superficie para la adsorción de sustancias orgánicas. Dado que las comunidades microbianas dominantes que se encuentran en las bases basálticas 33 y 104 Ma son heterotróficas, es posible que la materia orgánica asociada con la esmectita rica en hierro ayude a mantener una alta densidad celular en la interfaz basáltica.Las muestras de esmectita tomadas para análisis contenían 22 veces más carbono orgánico que el encontrado en otras secciones centrales. Y esto confirma completamente la teoría de que la materia orgánica asociada con minerales estimula la actividad heterotrófica de microorganismos en la interfaz de basalto.Para un conocimiento más detallado de los matices del estudio, le recomiendo que consulte el informe de los científicos y materiales adicionales .Epílogo
En este trabajo, los científicos estudiaron muestras del suelo marino de diferentes profundidades de perforación y, por lo tanto, de diferentes edades (104, 33,5 y 15,1 millones de años). Las muestras resultaron ser ricas en microorganismos, cuya densidad en algunas áreas era de aproximadamente 0.7 × 10 10 células / cm 3 . La capacidad de vivir en condiciones tan poco atractivas para las bacterias se debe al mineral de arcilla que las rodea: la esmectita.La roca contiene grietas llenas de esmectita, que a su vez concentra los nutrientes que necesitan las bacterias.Los resultados de este estudio no solo ayudan a revelar algunos de los secretos del fondo del océano, sino que también contribuyen a la creación de nuevas técnicas para revelar la vida en otros planetas. Los propios investigadores dicen que su hallazgo puede ser útil para tales búsquedas en Marte, ya que la composición mineral del fondo de los océanos es probablemente similar a la composición mineral de la superficie de Marte.Los investigadores tienen la intención de continuar su trabajo, pero ya en un equipo con representantes de la NASA. Planean probar su metodología en muestras de rocas obtenidas de Marte.Gracias por su atención, sigan curiosos y tengan una buena semana laboral, muchachos. :)Un poco de publicidad :)
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