راز بقای حیات در اعماق زمین
محققان چینی اخیرا این باور دیرینه که تمام حیات به نور خورشید وابسته است را به چالش کشیده‌اند. دانشمندان کشف کرده‌اند که بخش بزرگی از حیات زمین در زیر سطح، دور از نور و اکسیژن، جریان دارد؛ جهانی پنهان که با انرژی شیمیایی زنده مانده و در تاریکی به حیات ادامه می‌دهد.
در مطالعه‌ای که ۱۸ژوئیه (۲۷تیر)درScience Advances منتشر شده است، محققان مشخص کردند که چگونه میکروب‌ها در مناطق عمیق زیرسطحی می‌توانند از واکنش‌های شیمیایی ناشی از گسلش (فرآیندهای شکستگی یا جابه‌جایی به وجود آورنده گسل‌ها) پوسته زمین انرژی کسب کنند و بینش‌های مهمی در مورد حیات در اعماق سطح زمین ارائه دهند.
حیات در زیرسطح زمین
زمین در زیر سطح، دنیای پنهانی از زندگی را در دل خود جای داده است. این بخش از زمین که در برخی نقاط از نور خورشید، اکسیژن هوا و مواد آلی تولید شده توسط گیاهان جداست، در گذشته به عنوان بزرگ‌ترین محیط الیگوتروفیک (کم‌غذا) روی زمین شناخته می‌شد اما اکنون دانشمندان دریافته‌اند که این دنیای زیرزمینی بسیار گسترده‌تر،متنوع‌تر و فعال‌تر از چیزی است که تصور می‌کردیم وزندگی می‌تواند ازچند متر زیر سطح تاعمق چند کیلومتری و دردماهایی تاسقف۱۲۲درجه سانتی‌گراد ادامه پیدا کند. براساس برآوردهای جدید، حدود ۹۵ درصد باکتری‌ها و آرکی‌ها (میکروب‌های ابتدایی)، از جمله میکروب‌هایی که گاز متان تولید یا مصرف می‌کنند و باکتری‌های فعال در فرآیندهای آهن، در زیر سطح زمین زندگی می‌کنند و تقریبا ۱۹ درصد از کل زیست‌توده زمین را تشکیل می‌دهند. این میکروب‌ها برای زنده ماندن در بخش‌های عمیق و دورافتاده زیر زمین که آب و انرژی جدیدی از سطح به آنجا نمی‌رسد، از انرژی شیمیایی استفاده می‌کنند. آنها انرژی خود را از واکنش‌های شیمیایی بین مواد مختلف به دست می‌آورند و با حرکت الکترون‌ها در این واکنش‌ها، نیازهای انرژی خود را تامین می‌کنند تا بتوانند در این محیط‌های تاریک و سخت به زندگی ادامه دهند.
چگونگی پژوهش
این پژوهش‌توسط پروفسور هه هونگ‌پینگ، عضو آکادمی علوم چین(CAS)،وپروفسور ژو جیانشی،هردو ازموسسه ژئوشیمی گوانگژو CAS رهبری شد.برای حل این معما، تیم تحقیقاتی فعالیت‌های گسلش پوسته زمین را شبیه‌سازی کرد و کشف کرد که رادیکال‌های آزاد تولید شده درطول شکستگی سنگ می‌توانند آب را تجزیه کنند وهم‌زمان هیدروژن و اکسیدان‌هایی مانند پراکسید هیدروژن (H₂O₂) تولید کنند. این مواد یک گرادیان اکسایش-کاهش متمایز درسیستم‌های شکستگی ایجاد می‌کنند که می‌تواند با آهن (Fe) موجود در آب‌های زیرزمینی و سنگ‌ها واکنش بیشتری نشان دهد. به بیانی دیگر آهن دوظرفیتی (Fe²⁺) را به آهن سه ظرفیتی (Fe³⁺) اکسید کند یا آهن سه ظرفیتی (Fe³⁺) را به آهن دو ظرفیتی (Fe²⁺)کاهش دهد.این امربه شرایط اکسایش-کاهش محلی بستگی دارد.
یافته‌ها
در شکستگی‌های غنی از میکروب، تولید هیدروژن ناشی از گسلش مرتبط با زلزله تا ۱۰۰هزار برابر بیشتر از سایر مسیرهای شناخته شده، مانند سرپانتینی شدن و رادیولیز، یافت شد. این تیم نشان داد که این فرآیند به طور موثر چرخه اکسایش-کاهش آهن را هدایت می‌کند، که به نوبه خود بر فرآیندهای ژئوشیمیایی عناصری مانند کربن، نیتروژن و گوگرد تاثیر می‌گذارد و متابولیسم میکروبی را در زیست‌کره عمیق حفظ می‌کند.
چرخه و توزیع مجدد مواد ذاتی در تکتونیک صفحه‌ای مدت‌هاست که به عنوان پیش‌نیاز حیات در یک سیاره سنگی مورد بحث قرار گرفته است. پژوهشگران در این مطالعه نشان دادند که فرآیند ایجاد ترک‌ها و شکستگی‌ها در سنگ‌ها می‌تواند نقش محوری در شکل‌دهی و حفظ سکونت‌پذیری سیاره‌ای در طول تاریخ زمین داشته باشد.
این مطالعه، اطلاعات جدیدی در مورد منابع انرژی و تنوع اکولوژیکی زیست‌کره در اعماق زمین ارائه می‌دهد. پروفسور هی و ژو همچنین خاطرنشان کردند که سیستم‌های شکستگی در سایر سیارات شبیه زمین می‌توانند به طور بالقوه شرایط قابل سکونتی را برای حیات فرازمینی فراهم کنند و مسیر جدیدی را برای جستجوی حیات فراتر از زمین ارائه دهند.
حیات در زیرسطح زمین
زمین در زیر سطح، دنیای پنهانی از زندگی را در دل خود جای داده است. این بخش از زمین که در برخی نقاط از نور خورشید، اکسیژن هوا و مواد آلی تولید شده توسط گیاهان جداست، در گذشته به عنوان بزرگ‌ترین محیط الیگوتروفیک (کم‌غذا) روی زمین شناخته می‌شد اما اکنون دانشمندان دریافته‌اند که این دنیای زیرزمینی بسیار گسترده‌تر،متنوع‌تر و فعال‌تر از چیزی است که تصور می‌کردیم وزندگی می‌تواند ازچند متر زیر سطح تاعمق چند کیلومتری و دردماهایی تاسقف۱۲۲درجه سانتی‌گراد ادامه پیدا کند. براساس برآوردهای جدید، حدود ۹۵ درصد باکتری‌ها و آرکی‌ها (میکروب‌های ابتدایی)، از جمله میکروب‌هایی که گاز متان تولید یا مصرف می‌کنند و باکتری‌های فعال در فرآیندهای آهن، در زیر سطح زمین زندگی می‌کنند و تقریبا ۱۹ درصد از کل زیست‌توده زمین را تشکیل می‌دهند. این میکروب‌ها برای زنده ماندن در بخش‌های عمیق و دورافتاده زیر زمین که آب و انرژی جدیدی از سطح به آنجا نمی‌رسد، از انرژی شیمیایی استفاده می‌کنند. آنها انرژی خود را از واکنش‌های شیمیایی بین مواد مختلف به دست می‌آورند و با حرکت الکترون‌ها در این واکنش‌ها، نیازهای انرژی خود را تامین می‌کنند تا بتوانند در این محیط‌های تاریک و سخت به زندگی ادامه دهند.
چگونگی پژوهش
این پژوهش‌توسط پروفسور هه هونگ‌پینگ، عضو آکادمی علوم چین(CAS)،وپروفسور ژو جیانشی،هردو ازموسسه ژئوشیمی گوانگژو CAS رهبری شد.برای حل این معما، تیم تحقیقاتی فعالیت‌های گسلش پوسته زمین را شبیه‌سازی کرد و کشف کرد که رادیکال‌های آزاد تولید شده درطول شکستگی سنگ می‌توانند آب را تجزیه کنند وهم‌زمان هیدروژن و اکسیدان‌هایی مانند پراکسید هیدروژن (H₂O₂) تولید کنند. این مواد یک گرادیان اکسایش-کاهش متمایز درسیستم‌های شکستگی ایجاد می‌کنند که می‌تواند با آهن (Fe) موجود در آب‌های زیرزمینی و سنگ‌ها واکنش بیشتری نشان دهد. به بیانی دیگر آهن دوظرفیتی (Fe²⁺) را به آهن سه ظرفیتی (Fe³⁺) اکسید کند یا آهن سه ظرفیتی (Fe³⁺) را به آهن دو ظرفیتی (Fe²⁺)کاهش دهد.این امربه شرایط اکسایش-کاهش محلی بستگی دارد.
یافته‌ها
در شکستگی‌های غنی از میکروب، تولید هیدروژن ناشی از گسلش مرتبط با زلزله تا ۱۰۰هزار برابر بیشتر از سایر مسیرهای شناخته شده، مانند سرپانتینی شدن و رادیولیز، یافت شد. این تیم نشان داد که این فرآیند به طور موثر چرخه اکسایش-کاهش آهن را هدایت می‌کند، که به نوبه خود بر فرآیندهای ژئوشیمیایی عناصری مانند کربن، نیتروژن و گوگرد تاثیر می‌گذارد و متابولیسم میکروبی را در زیست‌کره عمیق حفظ می‌کند.
چرخه و توزیع مجدد مواد ذاتی در تکتونیک صفحه‌ای مدت‌هاست که به عنوان پیش‌نیاز حیات در یک سیاره سنگی مورد بحث قرار گرفته است. پژوهشگران در این مطالعه نشان دادند که فرآیند ایجاد ترک‌ها و شکستگی‌ها در سنگ‌ها می‌تواند نقش محوری در شکل‌دهی و حفظ سکونت‌پذیری سیاره‌ای در طول تاریخ زمین داشته باشد.
این مطالعه، اطلاعات جدیدی در مورد منابع انرژی و تنوع اکولوژیکی زیست‌کره در اعماق زمین ارائه می‌دهد. پروفسور هی و ژو همچنین خاطرنشان کردند که سیستم‌های شکستگی در سایر سیارات شبیه زمین می‌توانند به طور بالقوه شرایط قابل سکونتی را برای حیات فرازمینی فراهم کنند و مسیر جدیدی را برای جستجوی حیات فراتر از زمین ارائه دهند.
