Hidroterminės versmės: povandeniniai „juodieji dūmai“ ir gyvybė
Hidroterminės versmės: povandeniniai „juodieji dūmai“, unikali gyvybė — vamzdinės kirmėlės, moliuskai ir galimos pirmosios gyvybės ištakos.
Hidroterminė anga – tai anga Žemės dugne, pro kurią išsiskiria geoterminė energija. Jūros vanduo prasiskverbia pro įtrūkimus uolienose, įkaista iki kelių šimtų laipsnių ir grįžta į paviršių iškeldamas ištirpintas chemines medžiagas. Kai šiltas, mineralais prisotintas vanduo susitinka su šaltu jūros vandeniu, dalelės nusėda ir formuoja kaminėlius ar „skorupas“ aplink angą.
Juodieji ir balti dūmai
Karščiausiose hidroterminėse versmėse išsiskiria daug sieros junginių ir metalų, todėl išsiveržimo srautas atrodo tamsus ir vadinamas juodaisiais dūmais. Temperatūra juose gali siekti apie 350–400 °C, o ištirpę metalai (pvz., varis, cinkas, sulfatai) nusėda, formuodami akmeninius kaminus. Mokslininkai aptiko ir mažiau mineralų turinčių „baltųjų dūmų“, kuriuose dominavo baris, kalcis ir silikatai. Šiluma iš požemio išteka daugelyje vietų; jei tokie šilumos šaltiniai yra sausumoje, dažnai tai būna karštosios versmės, geizeriai arba fumarolės.
Ekosistemos prie versmių
Hidroterminės versmės yra unikalios ir labai produktyvios ekosistemos. Vietinė biologinė įvairovė remiasi ne fotosinteze, o chemosinteze: specialios bakterijos ir archėjai oksiduoja vandenilio sulfidą ar metaną ir fiksuoja anglies dioksidą, kurdami energijos grandinę. Daug archėjų ir bakterijų gyvena prie hidroterminių versmių, kurios yra po vandeniu. Šiose vietose randami įvairūs bestuburiai ir stuburiniai: milžiniškos vamzdinės kirmėlės, moliuskai, krevetės bei daugelis kitų eukariotų. Daugeliui organizmų būdingos specialios adaptacijos – pvz., vamzdinėms kirmėlėms bakterijos simbiontai tiekia maistą, o moliuskai turi storus plokščius, atsparius cheminėms medžiagoms.
Evoliucinė ir mokslinė reikšmė
Dėl chemosintetizuojančių mikroorganizmų ir ekstremalių sąlygų hidroterminės versmės traukia mokslininkų dėmesį. Manoma, kad pirmosios žinomos gyvybės formos galėjo atsirasti panašiomis sąlygomis – šiltuose, mineralais turtinguose požeminiuose vandenyse, kur energiją galėjo tiekti cheminiai procesai. Be to, versmių ekstremofilai naudojami biotechnologijose (pvz., termostabilių fermentų paieškoje) ir astrobiologijoje, kaip modeliai, kaip galėtų vystytis gyvybė kituose planetų telkiniuose.
Pramoninė reikšmė ir grėsmės
Hidroterminiai kaminai kaupia daug naudingųjų metalų (varis, cinkas, galbūt auksas), todėl juos traukia pramonė ir atsiranda idėjų giliavandeninei kasybai. Tačiau tokia veikla kelia grėsmę unikalioms ekosistemoms, kurioms atsigauti gali prireikti šimtmečių. Be to, versmių tyrimai reikalauja specialios įrangos ir giliavandeninių povandeninių tyrimo laivų, nes slėgis ir temperatūra yra itin dideli.
Apibendrinant, hidroterminės versmės yra geologiškai ir biologiniu požiūriu ypatingos sistemos: jos atskleidžia, kaip Energija ir cheminės medžiagos iš Žemės gelmių palaiko gyvybę ekstremaliomis sąlygomis, turi svarbių pritaikymų mokslui ir pramonei, tačiau taip pat reikalauja atsargaus požiūrio ir apsaugos.
Hidroterminė angą
Vamzdelinės kirmėlės gauna energijos iš bakterijų, gyvenančių jų plunksnose.
Symphurus hydrophilus - plekšnė, gyvenanti tik prie hidroterminių angų.
Biologinės bendrijos
Giliavandenių jūrų organizmai neturi galimybės patekti prie saulės šviesos, todėl jie turi būti priklausomi nuo maistinių medžiagų, esančių cheminėse nuosėdose ir hidroterminiuose skysčiuose, kuriuose jie gyvena. Tačiau, palyginti su aplinkiniu jūros dugnu, hidroterminių angų zonose organizmų tankis yra 10 000-100 000 kartų didesnis.
Hidroterminių angų bendruomenės gali palaikyti tokį didžiulį gyvybės kiekį, nes angų organizmų maistas priklauso nuo chemosintetinančių bakterijų. Šios bakterijos naudoja sieros junginius, ypač vandenilio sulfidą, cheminę medžiagą, kuri yra labai toksiška daugeliui žinomų organizmų, kad chemosintezės proceso metu gamintų organines medžiagas.
Chemosintetinančios bakterijos išauga į storą kilimą, kuris pritraukia kitus organizmus, pavyzdžiui, amfipodus ir kopepodus, kurie tiesiogiai ganosi ant bakterijų. Didesni organizmai, pavyzdžiui, sraigės, krevetės, krabai, milžiniški vamzdiniai kirminai, žuvys ir aštuonkojai, sudaro mitybos grandinę, kurioje plėšrūnų ir grobio santykiai yra aukščiau už pirminius vartotojus.
Pagrindinės organizmų grupės aplink jūros dugno angas yra kirmėlės, pilvakojai ir vėžiagyviai, o didžiąją dalį nemikrobinių organizmų sudaro dideli dvigeldžiai moliuskai ir krevetės be akių.
Vamzdeliniai kirminai yra svarbi hidroterminės versmės bendruomenės dalis. Jie įsisavina maistines medžiagas tiesiai į savo audinius. Vienoje uncijoje vamzdelinių kirmėlių audinių yra maždaug 285 mlrd. bakterijų.
Vamzdžių kirmėlės turi raudonų plunksnų, kuriose yra hemoglobino. Hemoglobinas sujungia vandenilio sulfidą ir perduoda jį kirmino viduje gyvenančioms bakterijoms. Bakterijos savo ruožtu maitina kirminą anglies junginiais.
Kiti unikalios faunos, gyvenančios šioje ekosistemoje, pavyzdžiai - pilvakojai Crysomallon squamiferum, sraigės, kurių pėdos sutvirtintos iš geležies ir organinių medžiagų pagamintais žvyneliais, ir "Pompėjos kirminas" Alvinella pompejana, galintis ištverti iki 80 °C temperatūrą.
Hidroterminėse versmėse aptikta daugiau kaip 300 naujų rūšių, daugelis jų yra "giminingos" kitoms rūšims, esančioms geografiškai atskirtose versmių teritorijose. Teigiama, kad prieš Šiaurės Amerikos plokštei užgriūnant Vidurio Atlanto keterą, Ramiojo vandenyno rytinėje dalyje buvo vienas biogeografinis angų regionas. Vėliau atsiradusi kliūtis keliauti pradėjo evoliucinį rūšių išsiskyrimą skirtingose vietose. Konvergentinės evoliucijos pavyzdžiai, pastebėti tarp skirtingų hidroterminių versmių, laikomi pagrindiniu natūraliosios atrankos ir visos evoliucijos teorijos patvirtinimu.
Šalia juodojo rūkalo prie Meksikos krantų, 2 500 m gylyje, rasta fototrofinių bakterijų rūšis. Taip toli į vandenis nepatenka jokia saulės šviesa. Vietoj to bakterijos, priklausančios Chlorobiaceae šeimai, fotosintezei naudoja silpną juodojo dūmtraukio švytėjimą. Tai pirmasis gamtoje atrastas organizmas, fotosintezei naudojantis tik kitą nei saulės šviesą.
Klausimai ir atsakymai
K: Kas yra hidroterminis šaltinis?
A.: Hidroterminė anga - tai anga Žemės dugne, pro kurią išsiskiria geoterminė energija.
K: Kas atsitinka, kai jūros vanduo patenka į hidroterminę angą?
A: Jūros vanduo patenka į hidroterminę angą, tampa labai karštas ir pakyla.
K: Kas yra juodieji dūmai?
A: Karščiausiose versmėse yra daug juodų cheminių medžiagų, todėl jos vadinamos juodaisiais dūmais.
K: Kas yra baltieji dūmai?
A: Mokslininkai aptiko mažiau baltųjų dūmų nei juodųjų dūmų.
K: Kokios dar geoterminės savybės aptinkamos sausumoje?
A: Jei geoterminiai objektai yra sausumoje, tai dažniausiai būna karštosios versmės, geizeriai arba fumarolės.
K: Kokie organizmai gyvena šalia hidroterminių versmių?
A: Prie hidroterminių versmių gyvena daug archėjų ir bakterijų, kuriose gyvena milžiniški vamzdiniai kirminai, moliuskai ir krevetės bei daug kitų eukariotų.
K: Ką mokslininkai mano apie ankstyviausias žinomas gyvybės formas?
A: Mokslininkai mano, kad ankstyviausios žinomos gyvybės formos, kaip manoma, gyveno netoli hidroterminių versmių.
Ieškoti