Суббота, 27 ноября

Жизнь на дне океана Земли и океанов на других планетах — новое исследование

В странном темном мире дна океана в подводных трещинах, называемых гидротермальными жерлами, обитают сложные сообщества жизни.

Эти вентиляционные отверстия изрыгивают горячие жидкости в чрезвычайно холодную морскую воду, создавая химические силы, необходимые для жизни мелких организмов, населяющих эту экстремальную среду.

 Дымовая труба из гидротермального жерлового поля Си Клифф, расположенного на глубине более 8 800 футов (2700 метров) под поверхностью моря на подводной границе тектонических плит Тихого океана и Горда. Предоставлено: Ocean Exploration Trust.

Дымовая труба из гидротермального жерлового поля Си Клифф, расположенного на глубине более 8 800 футов (2700 метров) под поверхностью моря на подводной границе тектонических плит Тихого океана и Горда. Предоставлено: Ocean Exploration Trust.

В недавно опубликованном исследовании биогеологи Джеффри Дик и Эверетт Шок определили, что конкретные гидротермальные среды морского дна обеспечивают уникальную среду обитания, в которой могут процветать определенные организмы. Тем самым они открыли новые возможности для жизни в темноте на дне океанов на Земле, а также во всей Солнечной системе.

На суше, когда организмы получают энергию из пищи, которую они едят, они делают это посредством процесса, называемого клеточным дыханием, при котором происходит поступление кислорода и выделение углекислого газа. С биологической точки зрения молекулы в нашей пище нестабильны в присутствии кислорода, и именно эта нестабильность используется нашими клетками для роста и размножения — процесса, называемого биосинтезом.

Но для организмов, живущих на морском дне, условия жизни кардинально иные.

«На суше, в богатой кислородом атмосфере Земли, многим людям известно, что создание молекул жизни требует энергии», — сказал соавтор Shock из Школы исследования Земли и космоса и Школы молекулярных наук Университета штата Аризона. . «В противоположность этому, вокруг гидротермальных жерл на морском дне горячие жидкости смешиваются с чрезвычайно холодной морской водой, создавая условия, при которых молекулы жизни высвобождают энергию».

Прочитайте также  Исследования показывают, что "переломные точки" в системе Земли спровоцировали быстрое изменение климата 55 миллионов лет назад

В глубоководных микробных экосистемах организмы процветают возле жерл, где гидротермальные жидкости смешиваются с окружающей морской водой. Предыдущее исследование, проведенное Шоком, показало, что биосинтез основных клеточных строительных блоков, таких как аминокислоты и сахара, особенно благоприятен в тех областях, где жерла состоят из ультраосновных пород (вулканических и мета-магматических пород с очень низким содержанием кремнезема), потому что они горные породы производят больше всего водорода.

Помимо основных строительных блоков, таких как аминокислоты и сахара, клеткам необходимо образовывать более крупные молекулы или полимеры, также известные как биомакромолекулы. Белки являются наиболее распространенными из этих молекул в клетках, и сама реакция полимеризации (когда небольшие молекулы объединяются для образования более крупной биомолекулы) требует энергии почти во всех мыслимых средах.

«Другими словами, там, где есть жизнь, там и вода, но вода должна быть вытеснена из системы, чтобы полимеризация стала благоприятной», — сказал ведущий автор Дик, который был докторантом в АГУ, когда началось это исследование, и который В настоящее время работает исследователем-геохимиком в Школе наук о Земле и инфо-физике Центрально-Южного университета в Чанша, Китай. «Итак, есть два противоположных потока энергии: высвобождение энергии путем биосинтеза основных строительных блоков и энергия, необходимая для полимеризации».

Дик и Шок хотели знать, что происходит, когда вы их складываете: получаете ли вы белки, общий синтез которых действительно благоприятен в зоне смешивания?

Они подошли к этой проблеме, используя уникальное сочетание теории и данных.

С теоретической точки зрения они использовали термодинамическую модель белков, называемую «групповой аддитивностью», которая учитывает конкретные аминокислоты в белковых последовательностях, а также энергии полимеризации. Для получения данных они использовали все последовательности белков во всем геноме хорошо изученного желудочного организма под названием Methanocaldococcus jannaschii.

Прочитайте также  Ваонис представляет Hyperia - футуристический гибрид телескопа и камеры стоимостью 45 000 евро

Проведя расчеты, они смогли показать, что общий синтез почти всех белков в геноме высвобождает энергию в зоне смешения ультрабазитов при температуре, при которой этот организм растет быстрее всего, около 185 градусов по Фаренгейту ( 85 по Цельсию). Напротив, в другой вентиляционной системе, которая производит меньше водорода (базальтовая система), синтез белков не является благоприятным.

«Это открытие открывает новый взгляд не только на биохимию, но и на экологию, поскольку предполагает, что определенные группы организмов по своей природе более предпочтительны в конкретных гидротермальных условиях», — сказал Дик. «Исследования микробной экологии показали, что метаногены, одним из представителей которых является Methanocaldococcus jannaschii, более распространены в вентиляционных системах с ультраосновными нейтронами, чем в базальтовых системах. Благоприятная энергетика синтеза протеина в системах, размещенных на ультраосновных фермах, согласуется с этим распределением ».

Что касается следующих шагов, Дик и Шок ищут способы использовать эти энергетические вычисления на древе жизни, которые, как они надеются, обеспечат более прочную связь между геохимией и эволюцией генома.

«В ходе исследований нам снова и снова напоминают, что мы никогда не должны приравнивать место, где мы живем, к тому, что пригодно для жизни», — сказал Шок.


В нашем Telegram‑канале вы найдёте новости о непознанном, НЛО, мистике, научных открытиях, неизвестных исторических фактах. Подписывайтесь, чтобы ничего не пропустить.
Поделитесь в вашей соцсети👇

Добавить комментарий

ДРУГИЕ НОВОСТИ