Гидротермальные источники: выживание в горячих источниках океана
Жизнь на Земле стала возможной благодаря воде на поверхности нашей планеты. Даже в почти замерзающем глубоком море организмы могут процветать.
Но есть ли гидротермальные источники, где зародилась жизнь?
Гидротермальные источники, расположенные на морском дне, выпускают жидкость, перегретую в земной коре. Но, несмотря на эту жару, окружающая среда является идеальной средой обитания для целого ряда организмов.
Доктор Мэгги Георгиева, исследователь жерл Музея, объясняет, как жерла помогают некоторым сообществам животных выживать и процветать в холодных темных глубинах глубокого моря.
Что такое гидротермальный источник?
Гидротермальные жерла представляют собой естественно образующиеся структуры, встречающиеся в океане. Обычно они возникают на границах расходящихся плит, где тектонические плиты раздвигаются. Вентиляционные отверстия выбрасывают жидкость, нагретую до экстремальных температур при просачивании через земную кору из океана.
Мэгги объясняет: «Гидротермальные источники подобны горячим источникам на морском дне. По мере раздвигания тектонических плит океанической коры кора растягивается, местами разрывается, образуя в ней трещины и трещины.
«Затем морская вода просачивается в эти трещины и просачивается глубоко в земную кору, где она вступает в тесный контакт с нижележащей мантией и нагревается».
Когда нагретая морская вода движется через земную кору, она захватывает растворенные газы и минералы. Высокая температура жидкости делает ее плавучей, и перегретая вода в конечном итоге начинает двигаться обратно на морское дно, откуда выбрасывается через вентиляционное отверстие.
«Когда горячая жидкость извергается с морского дна, — говорит Мэгги, — она начинает смешиваться с более холодной окружающей морской водой. Минералы, растворенные в горячей жидкости, затем начинают выходить из раствора».
Когда минералы выпадают в осадок, они образуют твердую структуру на морском дне вокруг выходящей жидкости, известную как вентиляционная труба.
Гидротермальные источники часто делятся на два типа: «черные курильщики» и «белые курильщики».
Мэгги говорит: «Обычно существует разница температур, связанная с двумя типами вентиляционных дымоходов. В зависимости от того, насколько горяча жидкость, она может нести разные минералы в растворе, и разные минералы будут осаждаться при разных температурах.
Белые курильщики обычно встречаются при более низких температурах. Светлый внешний вид обусловлен содержащимися в нем минералами, которые могут включать кремнезем и барит. Когда они выпадают в осадок, они кажутся белыми.
Черные курильщики более горячие и выделяют жидкость, содержащую в основном сульфиды железа, из-за чего они выглядят темнее.
Жизнь у гидротермальных источников
Первоначально температура жидкости, выбрасываемой из гидротермальных источников, экстремальна – она может достигать более 400°C. Но, несмотря на обжигающую жару, среда вокруг вентиляционных отверстий пригодна для жизни целого ряда животных.
«Хотя эти жидкости горячие, они очень быстро остывают, смешиваясь с морской водой», — объясняет Мэгги. «В вентиляционном отверстии может быть очень жарко, но если немного отойти от него, температура может достигать 20°C или около того, что очень хорошо для многих животных».
Пищевая цепь в этих океанских оазисах опирается на основной процесс, называемый хемосинтезом, который осуществляется бактериями. Это похоже на фотосинтез, используемый растениями на суше, но вместо того, чтобы использовать световую энергию Солнца, бактерии используют химические вещества, получаемые из вентиляционной жидкости.
«Хемосинтез — это процесс, в котором химическая энергия используется для превращения углекислого газа в сахар — по сути, в пищу — при полном отсутствии солнечного света.
«Отверстия влияют на эволюцию животных в глубоком море. Есть много несколько странных животных, которые приспособились к условиям, которые поначалу могут показаться довольно негостеприимными».
Некоторые виды, по-видимому, полностью зависят от термальных участков. Такие животные, как брюхоногие чешуйчатые (Хризомаллон сквамиферум) и йети крабы (Кива виды) были зарегистрированы только на гидротермальных источниках. Здесь также можно встретить большие колонии моллюсков и трубчатых червей.
В 1980 году червь Помпеи (Альвинелла помпежана) был идентифицирован живущим по бокам вентиляционных труб. Это одно из самых жаростойких многоклеточных животных на планете, способное выдерживать скачки температуры свыше 80°C.
«Большинство животных не могут справиться ни с чем при температуре выше 40°C. Очень близко к горячей жидкости обычно находятся только микроорганизмы. Они могут выжить при температуре до 120°C», — объясняет Мэгги.
Гидротермальные источники и зарождение жизни
Изучение гидротермальных источников является сложной задачей, не в последнюю очередь потому, что их глубоководные местоположения труднодоступны.Впервые они были обнаружены в 1977 году, когда во время экспедиции вокруг Галапагосских островов был обнаружен черный курильщик.
«Исследование гидротермальных источников требует достаточно специального оборудования. Для других глубоководных местообитаний обычно можно использовать более простые устройства для отбора проб, такие как грейферы и тралы, но в жерлах это невозможно из-за каменистой и неровной местности», — говорит Мэгги.
«Изучение жерл включает в себя использование кораблей с таким оборудованием, как дистанционно управляемые аппараты (ROV) или пилотируемые подводные аппараты. Они оснащены фонарями, камерами и манипуляторами для сбора образцов. Исследование вентиляционного отверстия может быть довольно дорогим процессом.
«Гидротермальные источники — завораживающая среда. Гидротермальные жерла существовали с самого начала истории планеты — и они могли быть там, где впервые зародилась жизнь на Земле».
Записи о жизни на Земле уходят далеко в прошлое. Окаменелости многоклеточных животных были обнаружены более 500 миллионов лет назад, в то время как самым древним окаменелостям животных из гидротермальных источников около 440 миллионов лет.
Некоторые из самых ранних свидетельств микробной жизни на Земле происходят из горных пород, расположенных в Канаде, которые образовались в среде гидротермальных источников около 4 миллиардов лет назад.
Враждебность поверхности планеты в то время предполагает, что жизнь, скорее всего, зародилась в земной коре или в морских глубинах. Исследования также показывают, что ранняя жизнь зависела от процессов хемосинтеза, подобных тем, которые наблюдаются сегодня в океане.
Это делает гидротермальные источники вероятным кандидатом на зарождение жизни на Земле.
Познакомьтесь с исследователями
Два ученых, изучающих жизнь в гидротермальных жерлах, отвечают на вопросы о том, как существа выживают в этих экстремальных условиях и как открытие жерл изменило наше представление о жизни на этой планете.
Это #NHM_Live транслировалось в среду, 15 августа 2018 года.
