Falando no desconhecido, frequentemente olhamos para o céu, como se tentássemos ver com nossos próprios olhos planetas distantes, sistemas estelares e galáxias. No entanto, não há necessidade de viajar milhares de anos-luz, quando o desconhecido se encontra sob nossos narizes. Claro, estamos falando sobre os oceanos. Ocupando grande parte do nosso planeta, os oceanos abrigam uma grande variedade de criaturas: algumas vivem perto da costa, outras preferem trevas sombrias perto do fundo. Não sabemos muito sobre os habitantes das camadas mais próximas dos oceanos, mas muito menos sobre os habitantes das rochas inferiores. Cientistas da Universidade de Tóquio (Japão) descobriram uma nova espécie de bactéria que vive em inúmeras colônias no fundo do oceano por muitos milhões de anos. Os cientistas acreditam que o estudo desses organismos ajudará a encontrar vida em Marte. Onde foram encontradas as bactériasquais são suas características e como exatamente essa descoberta se relaciona com a vida em Marte? As respostas para essas perguntas nos aguardam no relatório dos cientistas. Vai.As camadas superiores da crosta oceânica consistem principalmente de basaltos. A fonte dos basaltos é o magma, que solidifica após o contato com o ar ou a água após uma erupção. Nos oceanos, o principal local de origem dos basaltos é a cordilheira do meio do oceano - uma cadeia de cordilheiras localizadas nas regiões centrais de todos os oceanos. A altura desses montes submarinos é de cerca de 2-3 km das planícies abissais (planícies de depressões oceânicas). Não é segredo que o processo de formação de basalto, sendo uma reação a alta temperatura, fornece indiretamente energia suficiente para manter a quimiossíntese, quando compostos inorgânicos servem como combustível para a síntese de compostos orgânicos a partir de CO 2 . Este método de nutrição autotrófica (orgânica a partir de inorgânicos) é exclusivo para arquéias (organismos unicelulares não nucleares) e bactérias.Nas laterais da cordilheira, a circulação do fluido crustal é realizada hidrotermicamente dentro da lava basáltica, sobrecarregada de sedimentos. A parte da lava basáltica sob a camada sedimentar é chamada de base basáltica (fundação). Estudos anteriores de cordilheiras oceânicas com 3,5 a 8 milhões de anos mostraram que esses aqüíferos relativamente jovens * da crosta terrestre são ricos em termófilos anaeróbicos * e mesófilos aeróbicos * , envolvidos na circulação de hidrogênio, carbono e enxofre.Aqüífero * - rocha sedimentar de uma ou mais camadas subterrâneas de rochas com diferentes graus de permeabilidade à água.
Termófilos * - organismos que vivem em locais onde a temperatura está acima de 45 ° C.
* — , , 20 45 °C.
Quando as rachaduras nas rochas são preenchidas com minerais secundários, a intensidade da circulação de fluidos e a reação da formação de basalto diminuem, o que corresponde a um aumento na idade da crosta. A maior parte da oxidação ocorre nos primeiros 10 milhões de anos após a formação da crosta, e isso representa cerca de 90% de toda a litosfera oceânica da Terra.Segundo os cientistas, dada a vasta área e a inacessibilidade do fundo do oceano, um estudo completo de sua estrutura é um processo extremamente complexo, mesmo com as tecnologias atuais. No entanto, há evidências de que a idade das mudanças na crosta oceânica, indicando atividade biológica, é de cerca de 3,5 bilhões de anos. No entanto, o papel da atividade microbiana na origem dessas alterações não foi avaliado anteriormente.
Neste trabalho, os cientistas descrevem os resultados da análise de amostras obtidas durante a expedição do IODP (programa integrado de perfuração oceânica do programa integrado de perfuração oceânica), realizado no giro do Pacífico Sul (SPG do giro do Pacífico Sul ).A análise das amostras mostrou a presença de células microbianas na esmectita rica em ferro (um grupo de minerais argilosos que inclui montmorilonita, não tronita, beidelita, etc.). A análise dos perfis lipídicos e seqüências de DNA desses organismos mostrou que são bactérias heterotróficas, o que indica a presença de substâncias orgânicas no basalto subaquático.Resultados da pesquisa
No SPG, a taxa de deposição é bastante baixa, da qual os sedimentos que caem no fundo são quase completamente desprovidos de matéria orgânica.
Tabela 1: dados amostrais (mbsf - metros abaixo do fundo do oceano; NS - sem amostragem; Ma - milhões de anos).As amostras foram coletadas em três regiões com diferentes idades: U1365 - 104 Ma; U1367 - 33,5 Ma; U1368 - 13,5 Ma.Nesse ambiente ultra-oligotrófico *, o O 2 dissolvido penetra do fundo do oceano até a base de basalto e sustenta a vida dos micróbios aeróbicos em toda a profundidade dos sedimentos.Ambiente ultra-oligotrófico * é um ambiente com um conteúdo extremamente baixo de nutrientes.
Em primeiro lugar, a caracterização de minerais a partir de amostras nucleares com rachaduras foi realizada para determinar a presença de minerais argilosos, geralmente produzidos por interações rocha-água a baixa temperatura (isto é, intemperismo). A análise por difração de raios X revelou a presença de esmectita rica em ferro em amostras de núcleo com idade de 33,5 Ma e 104 Ma, mas não em amostras de núcleo com 13,5 Ma.Além disso, seções finas (U1367F-6R1, U1365E-8R4 e U1365E-12R2) correspondentes a profundidades de 51, 109,6 e 121,8 mbsf (metros abaixo do fundo do oceano) foram preparadas a partir dessas duas amostras. As seções foram estudadas por microscópio eletrônico de varredura (MEV) e microscópio eletrônico de transmissão (TEM). Um método de espectroscopia de raios X dispersiva em energia (EDS) também foi empregado .A esmectita rica em ferro foi encontrada em rachaduras preenchidas principalmente com oxidróxidos de celadonita na amostra U1365E-8R4 e ferro em U1365E-12R2. Enquanto na amostra U1367F-6R115, as rachaduras foram preenchidas com esmectita rica em ferro.No U1367F-6R1, dois tipos de fissuras de esmectita ricas em Fe composicionalmente diferentes foram descobertos:- o primeiro tipo é semelhante aos encontrados em U1365E-8R4 e U1365E-12R2 com um alto teor de Mg e K;
- o segundo tipo é caracterizado por um alto teor de ferro, que geralmente é observado na esmectita rica em Fe proveniente de aterros hidrotermais em águas profundas.
A microscopia de fluorescência de seções finas mostrou a presença de sinais de fluorescência celular nas áreas de fissuras e veias associadas à esmectita rica em Fe nas amostras U1365E-8R4 e U1365E-12R2 (imagens abaixo).
Imagem No. 1: imagens (microscopia de luz e fluorescência) de células coradas com SYBR Green I, em uma fenda preenchida com celadonita em U1365E-8R4 ( a ) e em uma veia preenchida com oxidróxidos de ferro em U1365E-12R2 ( b ).Embora a esmectita rica em ferro com um alto teor de Mg e K em U1367F-6R1 corresponda a sinais de fluorescência, nenhum sinal de fluorescência foi detectado em veias cheias de esmectita rica em ferro em U1367F-6R1.Para confirmar que esses sinais esverdeados nas imagens são provenientes de células microbianas, e não de materiais autofluorescentes, seções de 10 x 10 μm com espessura de 3 μm foram preparadas usando um feixe de íons focado para espectrometria de massa de íons secundários em nanoescala (nanoSIMS).A análise de U1365E-8R4 revelou sinais de 12C14N-, 31P e 32S- sobrepostos em pontos densos corados com SYBR Green I, indicando que esses sinais esverdeados foram obtidos de células microbianas.
Imagem No. 2: Avaliação da população celular em amostras rachadas:— 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- .
As células microbianas estão localizadas próximas a vazios em microescala e são cercadas por esmectita rica em ferro. O mesmo resultado foi obtido para a amostra U1365E-12R2.O uso de um microscópio eletrônico de varredura de transmissão (PEM) confirmou que as células microbianas estão espacialmente conectadas com camadas de esmectita rica em ferro. Dada essa conexão e a grande diferença de composição entre a esmectita rica em ferro e a argila bentonita usada na perfuração da lama, os cientistas concluíram que as células microbianas não foram introduzidas a partir da lama de perfuração, ou seja, não caiu nas amostras por fora.A combinação desses dados sugere que numerosas colônias de microorganismos vivem nas profundezas do fundo do oceano (desculpe pelo trocadilho). A próxima etapa do estudo foi a determinação da composição microbiana dessas colônias.
Imagem nº 3De acordo com a afiliação filogenética baseada nas seqüências do gene 16S rRNA (imagem nº 3), três tipos de comunidades microbianas foram identificados:- 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, , .
Comunidades microbianas foram previamente observadas em amostras de núcleo e água da região do Atlântico Norte da expedição do IODP (idade de 8 Ma), onde o líquido frio oxigenado circula ativamente na base de basalto coberta de sedimentos. No entanto, existem diferenças claras nas espécies. As comunidades microbianas nas amostras de fluidos do Atlântico Norte são compostas principalmente por Campylobacterales e Alteromonadales . E nas novas amostras houve uma vantagem significativa na direção de Alteromonadales , enquanto os representantes da Campylobacterales estavam em uma minoria clara.Se compararmos uma amostra de um local relativamente jovem (8 e 13,5 Ma), suas comunidades microbianas são quase idênticas às encontradas em amostras do local do Atlântico Norte. Consequentemente, no Oceano Atlântico e no Oceano Pacífico, as comunidades microbianas encontradas na mesma profundidade do fundo são quase idênticas.Para saber quem mora no fundo do oceano, foi necessário estabelecer como esses organismos sobrevivem ali, ou seja, como eles interagem com o meio ambiente.A fundação em 13,5 e 33,5 Ma consiste principalmente de uma almofada de lava coberta com sedimentos de 12 a 17 m de espessura.O sedimento mais profundo das duas seções contém as mesmas concentrações de O2 dissolvido e nitrato dissolvido. Embora a estrutura da crosta e a composição química do oxidante dissolvido sejam bastante semelhantes nas duas áreas, a composição das comunidades microbianas difere acentuadamente nos fundamentos de 13,5 e 33,5 Ma. Minerais de argila que se formam em rachaduras / veias durante interações água-rocha a baixa temperatura fornecem informações que podem explicar a diferença entre essas comunidades.
Imagem No. 4Assim, a presença e ausência de esmectita rica em ferro em fendas / veias nas seções U1367 e U1368 indicam que a formação de esmectita rica em ferro foi inibida pela circulação ativa da água do mar em U136816.Embora a fundação de basalto no U1365 inclua fluxos de lava, onde o fluxo de fluido geralmente está entre as camadas da folha e não ao longo das bordas resfriadas da almofada de lava, a composição de sua comunidade microbiana é semelhante à encontrada no U1367, que é consistente com a presença de esmectita rica em ferro no U1365 e U1367.O fluxo de calor na parte inferior do U1367 e U1365 indica a condutividade térmica como o principal método de transferência de calor. Embora o fluxo de calor no U1368 não seja tão ativo, segue-se que aqui o principal método de transferência de calor é a circulação de fluido na crosta rochosa.Essa diferença é consistente com a idade da fundação nas respectivas áreas, uma vez que a circulação de fluidos e a transferência de calor são geralmente muito mais ativas em crostas quentes relativamente jovens (como a crosta de 13,5 Ma no U1368) do que nas mais antigas e, portanto, mais frias casca (por exemplo, casca 33,5 Ma na área U1367 e 104 Ma na área U1365).Os cientistas acreditam que a habitabilidade da fundação é controlada pelos fluxos de calor e fluido, que tendem a diminuir ao longo do tempo em comparação com a estrutura primária da crosta. Além disso, a formação de esmectita rica em ferro na base basáltica parece correlacionar-se com as espécies de microorganismos na crosta oceânica mais antiga.Um exame mais detalhado da fatia de 10x10 mícron, mencionado anteriormente, mostrou que a faixa de densidade celular én x 3,3 x 10 9 células / cm 3 , em que n é o número de células encontradas na fatia.Portanto, as amostras em U1365E-8R4 e U1365E-12R2, o número aproximado de células foi de 5,0 x 10 10 e 0,7 x 10 10 células / cm 3 . O acúmulo de células foi limitado à esmectita rica em ferro na interface entre basalto e outros minerais.Dentro dessa interface, a densidade celular é extremamente alta em comparação com a densidade celular no sedimento mais profundo (~ 10 2 células / cm 3) situados acima das fundações de basalto nas seções U1365 e U136714 e comparados com líquidos de baixa temperatura coletados de uma fundação de basalto (8 Ma) da região do Atlântico Norte (~ 10 4 células / cm 3 ).
Imagem No. 5Para verificar a correção de uma certa densidade celular, foi realizada espectroscopia µ-Raman, que permite obter um espectro a partir de aglomerados de esmectita microbiana (imagem nº 5).O espectro foi obtido em todas as interfaces preenchidas com esmectita rica em ferro com alto teor de Mg e K nos U1367F-6R1, U1365E-8R4 e U1365E-12R2, mas não no U1367F-6R1 com esmectita rica em ferro e Fe elevado. A ausência de um espectro na esmectita rica em ferro pode ser devida à sua formação em um monte hidrotérmico em águas profundas perto da cordilheira do meio do oceano.A esmectita é um mineral de argila de grão fino com uma grande área de superfície para a adsorção de substâncias orgânicas. Como as comunidades microbianas dominantes encontradas nas bases basálticas 33 e 104 Ma são heterotróficas, é possível que a matéria orgânica associada à esmectita rica em ferro ajude a manter alta densidade celular na interface basáltica.As amostras de esmectita coletadas para análise continham 22 vezes mais carbono orgânico do que o encontrado em outras seções principais. E isso confirma totalmente a teoria de que a matéria orgânica associada aos minerais estimula a atividade heterotrófica dos microrganismos na interface do basalto.Para um conhecimento mais detalhado das nuances do estudo, recomendo que você analise o relatório dos cientistas e materiais adicionais .Epílogo
Neste trabalho, os cientistas estudaram amostras do fundo do oceano de diferentes profundidades de perfuração e, portanto, de diferentes idades (104, 33,5 e 15,1 milhões de anos). As amostras acabou por ser rico em microorganismos, a densidade do qual em algumas áreas foi cerca de 0,7 × 10 10 células / cm 3 . A capacidade de viver em condições tão pouco atraentes para as bactérias se deve ao mineral de argila que as cerca - a esmectita.A rocha contém rachaduras cheias de esmectita, que por sua vez concentra os nutrientes necessários às bactérias.Os resultados deste estudo não apenas ajudam a revelar alguns dos segredos do fundo do oceano, mas também contribuem para a criação de novas técnicas para revelar a vida em outros planetas. Os próprios pesquisadores dizem que sua descoberta pode ser útil para essas buscas em Marte, já que a composição mineral do fundo dos oceanos é provavelmente semelhante à composição mineral da superfície de Marte.Os pesquisadores pretendem continuar seu trabalho, mas já em equipe com representantes da NASA. Eles planejam testar sua metodologia em amostras de rochas obtidas de Marte.Obrigado pela atenção, continuem curiosos e tenham uma boa semana de trabalho, pessoal. :)Um pouco de publicidade :)
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