Deniz Uçurumu Hidrotermal Havalandırma Sahasından Baca Yapısı

Pasifik ve Gorda tektonik plakalarının denizaltı sınırında, deniz yüzeyinin 2700 metre altında bulunan Sea Cliff hidrotermal havalandırma alanından bir baca yapısı. Kredi: Ocean Exploration Trust’ın fotoğrafı

Okyanus tabanının tuhaf, karanlık dünyasında, hidrotermal menfezler olarak adlandırılan su altı çatlakları, karmaşık yaşam topluluklarına ev sahipliği yapar. Bu menfezler, kavurucu sıcak sıvıları aşırı soğuk deniz suyuna püskürtür ve bu aşırı ortamda yaşayan küçük organizmaların yaşaması için gerekli kimyasal kuvvetleri yaratır.

Yeni yayınlanan bir çalışmada, biyojeobilimciler Jeffrey Dick ve Everett Shock, belirli hidrotermal deniz tabanı ortamlarının, belirli organizmaların gelişebileceği benzersiz bir yaşam alanı sağladığını belirledi. Bunu yaparken, Dünya’daki okyanusların dibinde ve ayrıca güneş sistemi boyunca karanlıkta yaşam için yeni olanaklar açtılar. Onların sonuçları yayınlandı Jeofizik Araştırma Dergisi: Biogeosciences.

Karada, organizmalar yedikleri yiyeceklerden enerji aldıklarında, bunu, oksijen alımının ve karbondioksit salınımının olduğu hücresel solunum adı verilen bir süreç yoluyla yaparlar. Biyolojik olarak konuşursak, yiyeceğimizdeki moleküller oksijen varlığında kararsızdır ve hücrelerimizin büyümek ve çoğalmak için kullandığı bu kararsızlık, biyosentez adı verilen bir süreçtir.

Ancak deniz tabanında yaşayan organizmalar için yaşam koşulları önemli ölçüde farklıdır.

Shock of Arizona State University’nin Dünya ve Uzay Araştırmaları Okulu ve Moleküler Bilimler Okulu’nun ortak yazarı, “Karada, Dünya’nın oksijen açısından zengin atmosferinde, yaşam moleküllerini üretmenin enerji gerektirdiği pek çok insana aşinadır” dedi. . “Çarpıcı bir tezat olarak, deniz tabanındaki hidrotermal menfezlerin çevresinde, sıcak sıvılar aşırı soğuk deniz suyuyla karışarak yaşam moleküllerinin enerji açığa çıkardığı koşulları oluşturur.”

Derin deniz mikrobiyal ekosistemlerinde organizmalar, hidrotermal sıvının ortamdaki deniz suyuyla karıştığı havalandırma deliklerinin yakınında gelişirler. Shock tarafından yürütülen önceki araştırmalar, temel hücresel yapı taşlarının biyosentezinin, örneğin amino asitler ve şekerler, havalandırmaların ultramafik kayalardan (çok düşük silis içeriğine sahip magmatik ve meta-magmatik kayaçlar) oluştuğu alanlarda özellikle uygundur, çünkü bu kayalar en fazla hidrojeni üretir.

Amino asitler ve şekerler gibi temel yapı taşlarının yanı sıra, hücrelerin daha büyük moleküller veya biyomakromoleküller olarak da bilinen polimerler oluşturması gerekir. Proteinler hücrelerde bu moleküllerin en bol bulunanlarıdır ve polimerizasyon reaksiyonunun kendisi (küçük moleküllerin daha büyük bir biyomolekül üretmek için birleştiği) neredeyse akla gelebilecek tüm ortamlarda enerji gerektirir.

Bu araştırma başladığında ASU’da doktora sonrası araştırmacı olan baş yazar Dick, “Başka bir deyişle, yaşamın olduğu yerde su vardır, ancak polimerizasyonun elverişli hale gelmesi için suyun sistemden dışarı atılması gerekir” dedi. şu anda Çin, Changsha’daki Central South Üniversitesi’nde Yerbilimleri ve Bilgi-Fizik Okulu’nda jeokimya araştırmacısı. “Yani, iki karşıt enerji akışı var: temel yapı taşlarının biyosentezi ile enerjinin serbest bırakılması ve polimerizasyon için gereken enerji.”

Dick ve Shock’ın bilmek istediği şey, onları topladığınızda ne olduğudur: Karıştırma bölgesinde genel sentezi gerçekten uygun olan proteinler alıyor musunuz?

Bu soruna benzersiz bir teori ve veri kombinasyonu kullanarak yaklaştılar.

Teorik açıdan, proteinler için, polimerizasyon enerjilerinin yanı sıra protein dizilerindeki spesifik amino asitleri açıklayan “grup ilaveliliği” adı verilen termodinamik bir model kullandılar. Veriler için, iyi çalışılmış bir havalandırma organizmasının tüm genomundaki tüm protein dizilerini kullandılar. Methanocaldococcus jannaschii.

Hesaplamaları çalıştırarak, genomdaki neredeyse tüm proteinlerin genel sentezinin, bu organizmanın en hızlı büyüdüğü sıcaklıkta, yaklaşık 185 derece civarında, ultramafik barındırılan bir havalandırma deliğinin karıştırma bölgesinde enerji açığa çıkardığını gösterebildiler. Fahrenhayt (85 santigrat). Buna karşılık, daha az hidrojen üreten farklı bir havalandırma sisteminde (bazalt barındırılan bir sistem), proteinlerin sentezi uygun değildir.

Dick, “Bu bulgu, yalnızca biyokimyaya değil, ekolojiye de yeni bir bakış açısı sağlıyor, çünkü belirli organizma gruplarının belirli hidrotermal ortamlarda doğal olarak daha fazla tercih edildiğini öne sürüyor” dedi. “Mikrobiyal ekoloji çalışmaları, Methanocaldococcus jannaschii’nin bir temsilcisi olduğu metanojenlerin, ultramafik barındırılan havalandırma sistemlerinde bazalt barındırılan sistemlere göre daha bol olduğunu bulmuştur. Ultramafik barındırılan sistemlerde protein sentezinin olumlu enerjisi bu dağılımla tutarlıdır.

Sonraki adımlar için Dick ve Shock, jeokimya ve genom evrimi arasında daha sağlam bir bağlantı sağlayacağını umdukları bu enerjik hesaplamaları hayat ağacında kullanmanın yollarını arıyorlar.

Shock, “Keşfettikçe, yaşadığımız yeri asla yaşam için yaşanabilir bir yer olarak görmememiz gerektiğini tekrar tekrar hatırlatıyoruz” dedi.

Referans: Jeffrey M. Dick, Everett L. Shock, 30 Ekim 2021, “Ultramafik Barındırılan Denizaltı Hidrotermal Ekosistemlerinde Protein Sentezi Sırasında Enerjinin Serbest Bırakılması”, Jeofizik Araştırma Dergisi: Biyojeobilim.
DOI: 10.1029/2021JG006436





#Dünya #Okyanusunun #Dipindeki #Garip #Karanlık #Dünyada #Belki #Diğer #Gezegenlerdeki #Okyanuslarda #Yeni #Yaşam #Olanakları