👩🏾‍🤝‍👩🏼 🧙🏾 🎤 चरम बैक्टीरिया: समुद्र के तल से नीचे जीवित रहने के लिए कैसे 👨‍👨‍👦 🏜️ 👨‍👩‍👧

अज्ञात की बात करते हुए, हम अक्सर आकाश की ओर देखते हैं, जैसे कि हमारी अपनी आँखों से दूर के ग्रहों, तारा प्रणालियों और आकाशगंगाओं को देखने की कोशिश कर रहे हों। हालांकि, जब हमारी नाक के नीचे अज्ञात झूठ बोलते हैं, तो हजारों प्रकाश वर्ष की यात्रा करने की कोई आवश्यकता नहीं है। बेशक, हम महासागरों के बारे में बात कर रहे हैं। हमारे ग्रह के एक बड़े हिस्से पर कब्जा करते हुए, महासागर विभिन्न प्रकार के प्राणियों के लिए घर हैं: कुछ तट के पास रहते हैं, अन्य नीचे की ओर उदास अंधेरे को पसंद करते हैं। हम महासागरों के निकट-नीचे की परतों के निवासियों के बारे में बहुत कुछ नहीं जानते हैं, लेकिन नीचे की चट्टानों के निवासियों के बारे में भी कम है। टोक्यो विश्वविद्यालय (जापान) के वैज्ञानिकों ने बैक्टीरिया की एक नई प्रजाति की खोज की है जो कई लाखों वर्षों तक समुद्र तल में कई कॉलोनियों में रहती है। वैज्ञानिकों का मानना है कि इन जीवों के अध्ययन से मंगल ग्रह पर जीवन खोजने में मदद मिलेगी। बैक्टीरिया कहां पाए गएउनकी विशेषताएं क्या हैं और यह खोज मंगल ग्रह पर जीवन से कैसे संबंधित है? वैज्ञानिकों की रिपोर्ट में इन सवालों के जवाब का इंतजार है। जाओ।

महासागरीय पपड़ी की ऊपरी परत में अधिकांश आधारभूत होते हैं। बेसाल्ट्स का स्रोत मैग्मा है, जो विस्फोट के बाद हवा या पानी के संपर्क में जम जाता है। महासागरों में, बेसल की उत्पत्ति का मुख्य स्थान मध्य महासागर का रिज माना जाता है - सभी महासागरों के मध्य क्षेत्रों में स्थित लकीरें। इन सीमों की ऊंचाई रसातल के मैदानों (महासागरीय घाटियों के मैदान) से लगभग 2-3 किमी है। यह कोई रहस्य नहीं है कि बेसाल्ट गठन की प्रक्रिया, उच्च-तापमान प्रतिक्रिया होने के नाते, अप्रत्यक्ष रूप से रसायन विज्ञान को बनाए रखने के लिए पर्याप्त ऊर्जा प्रदान करती है, जब अकार्बनिक यौगिक सीओ ₂ से कार्बनिक यौगिकों के संश्लेषण के लिए ईंधन के रूप में काम करते हैं । ऑटोट्रॉफ़िक (अकार्बनिक से कार्बनिक) पोषण की यह विधि आर्किया (गैर-परमाणु एककोशिकीय जीव) और बैक्टीरिया के लिए अद्वितीय है।

रिज के पार्श्व पक्षों पर, क्रस्टल द्रव का संचलन बेसाल्टिक लावा के भीतर हाइड्रोथर्मल रूप से बाहर किया जाता है, तलछट के साथ अतिभारित होता है। तलछटी परत के नीचे बेसाल्टिक लावा के हिस्से को बेसाल्टिक बेस (नींव) कहा जाता है। 3.5-8 मिलियन वर्ष पुरानी महासागर लकीरों के पिछले अध्ययनों से पता चला है कि पृथ्वी की पपड़ी के ये अपेक्षाकृत युवा एक्वीफर * एनारोबिक थर्मोफाइल * और एरोबिक मेसोफिल्स * से भरपूर हैं , जो हाइड्रोजन, कार्बन और सल्फर के संचलन में शामिल हैं।

एक्विफर * - पानी के पारगम्यता की बदलती डिग्री के साथ चट्टानों के एक या अधिक भूमिगत परतों से तलछटी चट्टान।

थर्मोफिल्स * - ऐसे जीव जो उन स्थानों पर रहते हैं जहाँ का तापमान 45 ° C से ऊपर होता है।

* — , , 20 45 °C.

जब रॉक दरारें माध्यमिक खनिजों से भर जाती हैं, तो द्रव परिसंचरण की तीव्रता और बेसाल्ट गठन की प्रतिक्रिया कम हो जाती है, जो क्रस्ट की उम्र में वृद्धि से मेल खाती है। अधिकांश ऑक्सीकरण क्रस्ट के निर्माण के बाद पहले 10 मिलियन वर्षों में होता है, और यह पृथ्वी के पूरे महासागरीय लिथोस्फीयर का लगभग 90% है।

वैज्ञानिकों के अनुसार, समुद्र तल के विशाल क्षेत्र और दुर्गमता को देखते हुए, इसकी संरचना का पूरा अध्ययन एक अत्यंत जटिल प्रक्रिया है, यहां तक कि वर्तमान तकनीकों के साथ भी। फिर भी, इस बात के सबूत हैं कि जैविक गतिविधि का संकेत देने वाले समुद्री क्रस्ट में परिवर्तन की उम्र लगभग 3.5 बिलियन वर्ष है। हालांकि, इन परिवर्तनों के मूल में माइक्रोबियल गतिविधि की भूमिका का मूल्यांकन पहले नहीं किया गया है।

इस कार्य में, वैज्ञानिक आईओडीपी अभियान (एकीकृत महासागर ड्रिलिंग कार्यक्रम से एकीकृत महासागर ड्रिलिंग कार्यक्रम) के दौरान प्राप्त नमूनों के विश्लेषण के परिणामों का वर्णन करते हैं, जो दक्षिण प्रशांत ग्यार ( दक्षिण प्रशांत ग्यार से एसपीजी ) में किया जाता है।

नमूनों के विश्लेषण से आयरन युक्त स्मेक्टाइट (मिट्टी के खनिजों का एक समूह जिसमें मोंटमोरीलाइट, एनट्रोनोइट, बेइलोलाइट, आदि शामिल हैं) में सूक्ष्मजीव कोशिकाओं की उपस्थिति देखी गई। इन जीवों के लिपिड प्रोफाइल और डीएनए अनुक्रमों के विश्लेषण से पता चला कि वे हेटेरोट्रोफ़िक बैक्टीरिया हैं, जो पानी के नीचे बेसाल्ट में कार्बनिक पदार्थों की उपस्थिति का संकेत देते हैं।

शोध का परिणाम

एसपीजी में, जमा करने की दर काफी कम है, जिसमें तलछट गिरने से कार्बनिक पदार्थ लगभग पूरी तरह से रहित हैं।

तालिका 1: नमूना डेटा (mbsf - समुद्र तल से मीटर नीचे; एनएस - कोई नमूना नहीं; मा - लाखों वर्ष)।

अलग-अलग उम्र वाले तीन क्षेत्रों में नमूने लिए गए: यू 1365 - 104 एमए; U1367 - 33.5 मा; U1368 - 13.5 मा।

इस तरह के एक अल्ट्रा-ऑलिगोट्रोफ़िक वातावरण में, ओ ₂ भंग महासागर तल से बेसाल्ट नींव में प्रवेश करता है और जमा की पूरी गहराई में एरोबिक रोगाणुओं के जीवन का समर्थन करता है।

अल्ट्रा-ऑलिगोट्रोफ़िक पर्यावरण * एक अत्यंत कम पोषक तत्व सामग्री वाला वातावरण है।

सबसे पहले, मिट्टी के खनिजों की उपस्थिति को निर्धारित करने के लिए दरारें वाले मुख्य नमूनों से खनिजों का लक्षण वर्णन किया गया था, जो आमतौर पर कम तापमान वाले रॉक-वॉटर इंटरैक्शन (यानी अपक्षय) द्वारा उत्पादित होते हैं। एक्स-रे विवर्तन विश्लेषण से पता चला कि 33.5 Ma और 104 Ma की आयु वाले मुख्य नमूनों में आयरन से भरपूर स्मेसाइट की मौजूदगी है, लेकिन कोर के नमूने 13.5 Ma में नहीं है।

इसके अलावा, पतले खंड (U1367F-6R1, U1365E-8R4, और U1365E-12R2) 51, 109.6, और 121.8 mbsf (महासागर तल के नीचे मीटर) की गहराई के लिए इन दो नमूनों से तैयार किए गए थे। इलेक्ट्रॉन माइक्रोस्कोप (SEM) और ट्रांसमिशन इलेक्ट्रॉन माइक्रोस्कोप (टीईएम) को स्कैन करके अनुभागों का अध्ययन किया गया था। एक ऊर्जा फैलाव एक्स-रे स्पेक्ट्रोस्कोपी (ईडीएस) विधि भी कार्यरत थी ।

मुख्य रूप से नमूने U1365E-8R4 और U1365E-12R2 में लोहे में celadonite oxyhydroxides के साथ भरी हुई दरारें में लोहे से भरपूर चिकनाई पाई गई। जबकि नमूने U1367F-6R115 में, दरारें लोहे से समृद्ध स्मेक्टाइट से भरी हुई थीं।

U1367F-6R1 में, दो अलग-अलग प्रकार के अलग-अलग Fe- समृद्ध स्मिटाइट दरारें खोजी गईं:

पहला प्रकार U1365E-8R4 और U1365E-12R2 में Mg और K की उच्च सामग्री के साथ मिलता-जुलता है;
दूसरा प्रकार एक उच्च लोहे की सामग्री की विशेषता है, जो आमतौर पर गहरे पानी के जलतापीय तटबंधों से फे-समृद्ध चिकनाई में मनाया जाता है।

पतले वर्गों की प्रतिदीप्ति माइक्रोस्कोपी नमूनों में सेलुलर समृद्ध प्रतिदीप्ति संकेतों की उपस्थिति का नमूना और U1365E-8R4 और U1365E-12R2 (नीचे की छवियों) में Fe- समृद्ध स्माईसाइट के साथ जुड़े नसों और नसों के क्षेत्रों में दिखाया गया है।

इमेज नंबर 1: U1365E-8R4 ( a ) में celadonite से भरी दरार में और U1365E-12R2 ( b ) में आयरन ऑक्सीहाइड्राइड से भरी हुई नस में SYBR Green I के साथ दागी गई कोशिकाओं की छवियां (प्रकाश और प्रतिदीप्ति माइक्रोस्कोपी )।

हालांकि U1367F-6R1 में उच्च Mg और K सामग्री के साथ लौह-समृद्ध चिकनाई प्रतिदीप्ति संकेतों से मेल खाती है, लेकिन U1367F-6R1 में लौह-युक्त चिकनाई से भरी नसों में कोई प्रतिदीप्ति संकेतों का पता नहीं चला।

यह पुष्टि करने के लिए कि छवियों में ये हरे रंग के संकेत माइक्रोबियल कोशिकाओं से आते हैं, और ऑटोफ्लोरेसेंट सामग्रियों से नहीं, 10 माइक्रोन की मोटाई वाले 10 x 10 माइक्रोन वर्गों को नैनोस्केल माध्यमिक आयन मास स्पेक्ट्रोमेट्री (नैनोएसआईएमएस) के लिए एक केंद्रित आयन बीम का उपयोग करके तैयार किया गया था।

U1365E-8R4 के विश्लेषण से पता चला कि 12C14N-, 31P-, और 32S- SYBR ग्रीन I के साथ दाग वाले घने धब्बों पर संकेत हैं, यह दर्शाता है कि ये हरे रंग के संकेत माइक्रोबियल कोशिकाओं से प्राप्त किए गए थे।

छवि नंबर 2: फटे नमूनों में सेल की आबादी का आकलन:

— 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- .

माइक्रोबियल कोशिकाएं सूक्ष्म वाहिकाओं के करीब निकटता में स्थानीयकृत होती हैं और लोहे से समृद्ध स्मेसाइट से घिरी होती हैं। नमूना U1365E-12R2 के लिए समान परिणाम प्राप्त किया गया था।

एक ट्रांसमिशन स्कैनिंग इलेक्ट्रॉन माइक्रोस्कोप (पीईएम) के उपयोग ने पुष्टि की कि माइक्रोबियल कोशिकाएं स्थानिक रूप से लोहे से समृद्ध स्मेसाइट की परतों से जुड़ी हैं। इस संबंध को देखते हुए और ड्रिलिंग तरल पदार्थ के लिए उपयोग किए जाने वाले लोहे युक्त स्मेसाइट और बेंटोनाइट क्ले के बीच बड़े संरचनागत अंतर को देखते हुए, वैज्ञानिकों ने निष्कर्ष निकाला कि ड्रिलिंग द्रव से माइक्रोबियल कोशिकाओं को पेश नहीं किया गया था, अर्थात्। बाहर से नमूनों में नहीं आया।

इन आंकड़ों के संयोजन से पता चलता है कि सूक्ष्मजीवों के कई उपनिवेश समुद्र तल की गहराई (दंड के लिए खेद) में रहते हैं। अध्ययन का अगला चरण इन उपनिवेशों की सूक्ष्म संरचना का निर्धारण था।

छवि संख्या 3

16S rRNA जीन अनुक्रमों (चित्र संख्या 3) पर आधारित फाइटोलेनेटिक संबद्धता के अनुसार, तीन प्रकार के सूक्ष्मजीव समुदायों की पहचान की गई थी:

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, , .

माइक्रोबियल समुदायों को पहले IODP अभियान (कोर उम्र 8 Ma) के उत्तरी अटलांटिक क्षेत्र से कोर और पानी के नमूनों में देखा गया था, जहां ऑक्सीजन युक्त ठंडा तरल सक्रिय रूप से तलछट के साथ कवर बेसाल्ट नींव में घूमता है। हालांकि, प्रजातियों में स्पष्ट अंतर हैं। उत्तर अटलांटिक तरल पदार्थ के नमूने में माइक्रोबियल समुदायों मुख्य रूप से बने हुए हैं Campylobacterales और Alteromonadales । और नए नमूनों में ऑल्टरोमोनाडेल्स की दिशा में एक महत्वपूर्ण लाभ था , जबकि कैम्पिलोबैक्टेरल के प्रतिनिधि एक स्पष्ट अल्पसंख्यक में थे।

यदि हम अपेक्षाकृत युवा साइट (8 और 13.5 मा) से एक नमूने की तुलना करते हैं, तो इसके सूक्ष्मजीव समुदाय उत्तरी अटलांटिक साइट के नमूनों में पाए जाने वाले लगभग समान हैं। नतीजतन, अटलांटिक महासागर और प्रशांत महासागर में, नीचे की समान गहराई पर पाए जाने वाले सूक्ष्मजीव समुदाय लगभग समान हैं।

यह जानते हुए कि समुद्र के तल में कौन रहता है, यह स्थापित करना आवश्यक था कि ये जीव वहां कैसे जीवित रहते हैं, अर्थात् वे पर्यावरण के साथ कैसे संपर्क करते हैं।

१३.५ और ३३.५ मा पर नींव में मुख्य रूप से १२ से १ thick मीटर तक जमा के साथ कवर एक लावा कुशन होता है। दोनों वर्गों में सबसे गहरी तलछट में भंग O2 और घुली हुई नाइट्रेट की समान सांद्रता होती है। यद्यपि क्रस्ट की संरचना और भंग ऑक्सीकरण एजेंट की रासायनिक संरचना दोनों क्षेत्रों में काफी समान हैं, माइक्रोबियल समुदायों की संरचना 13.5 और 33.5 मा की नींव में अलग-अलग भिन्न होती है। कम तापमान वाले रॉक-वाटर इंटरैक्शन के दौरान दरारें / शिराओं में बनने वाले मिट्टी के खनिज, इन समुदायों के बीच अंतर को स्पष्ट करने वाली जानकारी प्रदान करते हैं।

चित्र संख्या 4

इस प्रकार, U1367 और U1368 खंडों में दरारें / नसों में लोहे से भरपूर चिकनाई की मौजूदगी और अनुपस्थिति दर्शाती है कि U136816 में समुद्र के पानी के सक्रिय परिसंचरण से लोहे से भरपूर चिकनाई का निर्माण बाधित हुआ था।

यद्यपि U1365 में बेसाल्ट नींव में लावा प्रवाह शामिल है, जहां द्रव का प्रवाह आमतौर पर शीट की परतों के बीच होता है और लावा पैड के ठंडे किनारों के साथ नहीं, इसके माइक्रोबियल समुदाय की संरचना U1367 में पाए जाने वाले समान है, जो कि U1365 में लोहे से भरपूर चिकनाई की उपस्थिति के अनुरूप है। और U1367।

U1367 और U1365 के तल पर ऊष्मा का प्रवाह ऊष्मा चालकता को ऊष्मा अंतरण की मुख्य विधि के रूप में इंगित करता है। जबकि U1368 पर गर्मी प्रवाह इतना सक्रिय नहीं है, यह इस प्रकार है कि यहां गर्मी हस्तांतरण की मुख्य विधि चट्टानी क्रस्ट में द्रव का संचलन है।

यह अंतर संबंधित क्षेत्रों में नींव की उम्र के साथ संगत है, क्योंकि द्रव परिसंचरण और गर्मी हस्तांतरण आम तौर पर अपेक्षाकृत युवा गर्म पपड़ी में अधिक सक्रिय होते हैं (जैसे कि U1368 में 13.5 मा क्रस्ट) पुराने की तुलना में और इसलिए ठंडा। छाल (उदाहरण के लिए, U1367 क्षेत्र में 33.5 Ma और U1365 क्षेत्र में 104 Ma)।

वैज्ञानिकों का मानना है कि नींव की आदत गर्मी और द्रव प्रवाह से नियंत्रित होती है, जो क्रस्ट की प्राथमिक संरचना की तुलना में समय के साथ कम हो जाती है। इसके अलावा, बेसाल्टिक नींव में लोहे से भरपूर स्मेक्टाइट का गठन पुराने समुद्री क्रस्ट में सूक्ष्मजीवों की प्रजातियों के साथ सहसंबंधित प्रतीत होता है।

10x10 माइक्रोन स्लाइस की अधिक विस्तृत परीक्षा, जो पहले उल्लेख की गई थी, ने दिखाया कि सेल घनत्व सीमा हैn x 3.3 x 10 ⁹ सेल / सेमी ³ , जहां n स्लाइस में पाए जाने वाले कोशिकाओं की संख्या है।

इसलिए, नमूने U1365E-8R4 और U1365E-12R2 में, कोशिकाओं की अनुमानित संख्या 5.0 × ^{10 10} और 0.7 × ^{10 10} कोशिकाओं / सेमी ^{3 थी} । सेल संचय बेसाल्ट और अन्य खनिजों के बीच इंटरफेस में लोहे से समृद्ध स्मेक्टाइट तक सीमित था।

इस इंटरफ़ेस के भीतर, सेल घनत्व सबसे गहरे तलछट (~ 10 ² कोशिकाओं / सेमी ³⁾ में सेल घनत्व की तुलना में बहुत अधिक है) U1365 और U136714 खंडों में बेसाल्ट नींव से ऊपर झूठ बोल रही है, और उत्तरी अटलांटिक क्षेत्र (~ 10 ⁴ कोशिकाओं / सेमी ³ ) से एक बेसाल्ट नींव (8 Ma) से एकत्र किए गए कम तापमान वाले तरल पदार्थों की तुलना में ।

छवि नंबर 5

एक निश्चित सेल घनत्व की शुद्धता को सत्यापित करने के लिए, Ram-रमन स्पेक्ट्रोस्कोपी किया गया था, जो एक को माइक्रोबियल-स्मेक्टाइट क्लस्टर (छवि संख्या 5) से एक स्पेक्ट्रम प्राप्त करने की अनुमति देता है।

स्पेक्ट्रम U1367F-6R1, U1365E-8R4 और U1365E-12R2 में उच्च Mg और K सामग्री के साथ लौह-समृद्ध smectite से भरे सभी इंटरफेसों पर प्राप्त किया गया था, लेकिन लौह-समृद्ध smectite और उच्च Fe के साथ U1367F-6R1 से नहीं। लौह-समृद्ध चिकनाई में एक स्पेक्ट्रम की अनुपस्थिति मध्य महासागर के रिज के पास एक गहरे पानी के हाइड्रोथर्मल टीले में बनने के कारण हो सकती है।

ऑर्गेनिक पदार्थों के सोखने के लिए एक बड़ी सतह वाले क्षेत्र में स्मेसाइट एक महीन दाने वाला मिट्टी का खनिज है। चूंकि बेसाल्टिक अड्डों 33 और 104 मा में पाए जाने वाले प्रमुख माइक्रोबियल समुदाय हेटरोट्रॉफिक हैं, इसलिए यह संभव है कि आयरन युक्त स्मेक्टाइट से जुड़ा कार्बनिक पदार्थ बेसाल्टिक इंटरफ़ेस में उच्च सेल घनत्व को बनाए रखने में मदद करता है।

विश्लेषण के लिए लिए गए स्माइकाइट के नमूनों में अन्य मूल वर्गों की तुलना में 22 गुना अधिक कार्बनिक कार्बन था। और यह इस सिद्धांत की पूरी तरह से पुष्टि करता है कि खनिजों से जुड़े कार्बनिक पदार्थ बेसाल्ट इंटरफ़ेस में सूक्ष्मजीवों की हेटेरोट्रोफिक गतिविधि को उत्तेजित करते हैं।

अध्ययन की बारीकियों के साथ एक अधिक विस्तृत परिचित के लिए, मैं अनुशंसा करता हूं कि आप वैज्ञानिकों की रिपोर्ट और इसके लिए अतिरिक्त सामग्रियों पर ध्यान दें।

उपसंहार

इस कार्य में, वैज्ञानिकों ने विभिन्न ड्रिलिंग गहराई के समुद्र तल के नमूनों का अध्ययन किया, और इसलिए विभिन्न आयु (104, 33.5 और 15.1 मिलियन वर्ष)। नमूने सूक्ष्मजीवों से समृद्ध निकले, जिनका कुछ क्षेत्रों में घनत्व लगभग 0.7 × ^{10 10} कोशिका / सेमी ^{3 था} । जीवाणुओं के लिए ऐसी बदसूरत स्थिति में रहने की क्षमता उनके आसपास के मिट्टी के खनिज के कारण होती है - स्मिटाइट।

चट्टान में चिकनाई से भरी दरारें होती हैं, जो बदले में बैक्टीरिया द्वारा आवश्यक पोषक तत्वों को केंद्रित करती हैं।

इस अध्ययन के परिणाम न केवल समुद्र तल के कुछ रहस्यों को उजागर करने में मदद करते हैं, बल्कि अन्य ग्रहों पर जीवन को प्रकट करने के लिए नई तकनीकों के निर्माण में भी योगदान करते हैं। शोधकर्ता खुद कहते हैं कि उनकी खोज मंगल ग्रह पर ऐसी खोजों के लिए उपयोगी हो सकती है, क्योंकि महासागरों के नीचे की खनिज संरचना मंगल ग्रह की सतह की खनिज संरचना के समान है।

शोधकर्ताओं ने अपना काम जारी रखने का इरादा किया, लेकिन पहले से ही नासा के प्रतिनिधियों के साथ एक टीम में। वे मंगल से प्राप्त रॉक नमूनों पर अपनी कार्यप्रणाली का परीक्षण करने की योजना बनाते हैं।

आपका ध्यान के लिए धन्यवाद, जिज्ञासु बने रहें और एक अच्छा काम करने का सप्ताह है, दोस्तों। :)

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