Оглавление
- 1 Глубинная биосфера
- 1.1 Определение и границы глубинной биосферы
- 1.2 История исследований
- 1.3 Особенности жизни на больших глубинах
- 1.4 Научные методы
- 1.5 Полевой анализ и манипулирование
- 1.6 Методы исследования микробов
- 1.7 Геохимические методы
- 1.8 Условия для жизни
- 1.9 Источники энергии
- 1.10 Питательные вещества
- 1.11 Давление
- 1.12 Температура
- 1.13 Жизнь в условиях ограниченного потребления энергии
- 1.14 Разнообразие
- 1.15 Места обитания
- 1.16 Океанское дно
- 1.17 Места обитания океанских отложений
- 1.18 Аттрибактерии и другие микроорганизмы
- 1.19 Горные породы и их влияние на жизнь
- 1.20 Пористая вода и её влияние на микроорганизмы
- 1.21 Континенты и их разнообразие
- 1.22 Экология и взаимозависимость видов
- 1.23 Полный текст статьи:
- 2 Глубокая биосфера – Arc.Ask3.Ru
Глубинная биосфера
-
Определение и границы глубинной биосферы
- Глубинная биосфера находится ниже первых нескольких метров поверхности океана и простирается на 10 км ниже поверхности континента и на 21 км ниже поверхности моря.
- Температуры могут превышать 120 °C, что сопоставимо с максимальной температурой для метаболически активных организмов.
- Включает все три сферы жизни и генетическое разнообразие.
-
История исследований
- Первые признаки глубоководной жизни появились в 1920-х годах, но не были уверены в их местном происхождении.
- В 1980-х годах разработаны методы предотвращения загрязнения с поверхности.
- Образцы собираются в глубоководных шахтах и научных программах бурения.
-
Особенности жизни на больших глубинах
- На больших глубинах энергии мало, обмен веществ происходит медленнее.
- Клетки могут жить тысячи лет, возраст неизвестен.
- На долю недр приходится около 90% биомассы архей и бактерий и 15% от общей биомассы биосферы.
- Встречаются эукариоты, вирусы и многоклеточные организмы.
-
Научные методы
- Современное понимание биологии подземных вод стало возможным благодаря достижениям в технологиях сбора образцов, полевого анализа, молекулярной науки, культивирования, визуализации и вычислений.
- Образцы микробов со дна океана берутся через бурение скважин и сбор кернов.
- Используются научные программы бурения, такие как ODP и IODP.
- Созданы обсерватории для непрерывного отбора проб.
-
Полевой анализ и манипулирование
- Некоторые методы позволяют анализировать микробы in situ.
- В биогеофизике воздействие микробов на свойства геологических материалов исследуется дистанционно.
-
Методы исследования микробов
- Микробы могут быть помечены стабильным изотопом и повторно введены в почву для отслеживания их перемещения.
- Двухтактный метод включает закачку жидкости в водоносный горизонт и анализ грунтовых вод.
- Молекулярные методы позволяют извлекать нуклеиновые кислоты, липиды и белки из клеток.
-
Геохимические методы
- Глубинные микроорганизмы изменяют химический состав окружающей среды.
- Ученые могут оценить активность микроорганизмов, измерив химический состав подповерхностных образцов.
-
Условия для жизни
- Жизнь требует термодинамического неравновесия в окружающей среде.
- Неравновесные условия связаны с гидротермальными источниками, вулканизмом и геотермальной активностью.
-
Источники энергии
- Жизнь требует энергии для образования АТФ.
- Под поверхностью основным источником энергии являются химические окислительно-восстановительные реакции.
- Органическое вещество обладает наиболее отрицательным окислительно-восстановительным потенциалом.
-
Питательные вещества
- Все живое нуждается в углероде, азоте, фосфоре и микроэлементах.
- Органический углерод, азот и фосфор в основном содержатся в наземных отложениях.
-
Давление
- В океане давление возрастает с глубиной, достигая 38 МПа на глубине 3800 м.
- Глубинная биосфера выдерживает давление, намного превышающее атмосферное.
-
Температура
- Высокие температуры вызывают стресс у организмов, но клетки могут реагировать, изменяя структуру молекул.
- Микробы могут выживать при температуре выше 100 °C при высоком давлении.
- Термофил-рекордсмен, Methanopyrus kandlerii, был выделен из гидротермального источника.
-
Жизнь в условиях ограниченного потребления энергии
- В недрах клетки катаболизируются медленнее, чем на поверхности
- Переработка биомассы может занимать столетия или тысячелетия
- Клетки в недрах активны и жизнеспособны
-
Разнообразие
- Биомасса в глубоких слоях грунта составляет около 15% от общей биомассы биосферы
- Присутствуют аэробные микробы, питающиеся метаном
- Генетическое разнообразие велико, как и на поверхности
-
Места обитания
- Жизнь обнаружена на глубинах до 5 км на континентах и 10,5 км ниже поверхности океана
- Объем глубинной биосферы составляет 2-2,3 миллиарда кубических километров
-
Океанское дно
- Основные типы среды обитания: отложения и магматические породы
- Отложения образуют слои с различными условиями для жизни
- В отложениях преобладают сульфатредуцирующие процессы и анаэробное восстановление метана
-
Места обитания океанских отложений
- Зоны субдукции: толстый слой отложений, холодные просачивания или газогидраты
- Абиссальные равнины: низкая скорость осаждения, аэробные и факультативно анаэробные клетки
- Пассивные границы: апвеллинг, обильный рост фитопланктона, стабильные профили температуры и давления
-
Аттрибактерии и другие микроорганизмы
- В срединно-океанических хребтах обитают сульфатредуцирующие бактерии, ферментеры, метаногены и метанотрофы.
- Грибы менее разнообразны, в основном аскомикоты и дрожжи.
- Идентифицированы вирусы семейств Inoviridae, Siphoviridae и Lipothrixviridae.
-
Горные породы и их влияние на жизнь
- Океаническая кора образуется на срединно-океанических хребтах и удаляется в результате субдукции.
- Верхние полкилометра базальтовых потоков обладают достаточной пористостью и проницаемостью для жидкости.
- Слои защитных дамб и габбро менее пригодны для жизни.
- Срединно-океанические хребты характеризуются жаркой и быстро меняющейся средой, жизнь возможна только на нескольких верхних метрах.
- Высокотемпературные взаимодействия уменьшают содержание сульфатов и образуют сульфиды, которые служат источниками энергии.
- Вблизи зон субдукции вулканы образуют кислые флюиды с высокой концентрацией газов и металлов.
-
Пористая вода и её влияние на микроорганизмы
- Микроорганизмы обитают в трещинах и пустых пространствах внутри отложений и горных пород.
- С увеличением глубины в поровой воде остается все меньше питательных веществ.
- По мере увеличения глубины осадок становится более плотным, что уменьшает количество пористой воды.
-
Континенты и их разнообразие
- Континенты имеют сложную историю и разнообразие горных пород, отложений и почв.
- Плотность ячеек резко уменьшается с глубиной, особенно в Северной Америке.
- На верхних слоях почвы организмы зависят от кислорода и являются гетеротрофами.
- Микробы были обнаружены на глубине около 3 километров, наиболее распространены железо(III)- или сульфатредуцирующие бактерии.
-
Экология и взаимозависимость видов
- Один из видов бактерий, “Candidatus Desulforudis audaxviator”, образует полноценную экосистему на глубине 2,8 километра.
- В других экосистемах обитают автотрофы и гетеротрофы, некоторые участвуют в синтрофии.
- В морских отложениях нитрозосфероты-археи окисляют аммиак, обеспечивая 19% гетеротрофной продукции.
- В бескислородных отложениях водород является важным “съедобным веществом”, используется для производства ацетата и пропионата.
- В зоне перехода сульфат-метан анаэробные метанотрофные археи образуют консорциумы с сульфатредуцирующими бактериями.