هنگامی که زمین یخی است ، زندگی اولیه ممکن است در دریاچه های آب ذوب شده پناهگاه شود | اخبار MIT

وقتی زمین یخ زد ، زندگی کجا پناه برد؟ دانشمندان MIT می گویند که یک پناهگاه ممکن است استخرهایی با یخ ذوب شده باشد که سطح یخی سیاره را پوشانده است.

در مطالعه ای که امروز در آن ظاهر می شود ارتباطات طبیعی ، محققان گزارش می دهند که 635 میلیون تا 720 میلیون سال پیش ، در دوره هایی که به عنوان “توپ برفی” شناخته می شوند ، هنگامی که بخش اعظم این سیاره با یخ پوشانده شده بود ، برخی از اجداد سلول باستانی ما می توانند منتظر چیزهایی در حوضچه آب ذوب شده باشند.

دانشمندان دریافتند که یوکاریوت ها – اشکال پیچیده زندگی زندگی که سرانجام به زندگی متنوع چند سلولی تبدیل شده اند که امروزه می بینیم – می توانند با زندگی در استخرهای کم عمق در انجماد جهانی زنده بمانند. این اوزهای کوچک و آبکی را می توان در بالای ورق های یخی نسبتاً کم عمق موجود در مناطق استوایی حفظ کرد. در آنجا ، سطح یخ می تواند گرد و غبار تیره و بقایای زیر را جمع کند و این باعث می شود توانایی ذوب آن در استخرها باشد. در دمای حدود 0 درجه سانتیگراد ، دریاچه های حاصل از آب ذوب شده می تواند به عنوان یک محیط قابل سکونت برای اشکال خاصی از زندگی پیچیده اولیه باشد.

این تیم بر اساس تجزیه و تحلیل دریاچه های مدرن از آب ذوب شده نتیجه گیری خود را انجام داد. امروزه در قطب جنوب ، استخرهای کوچک با یخ ذوب شده را می توان در امتداد مرزهای ورق های یخ یافت. شرایط این سفره های یخی قطبی شبیه به آنچه ممکن است در سفره های یخ در نزدیکی استوا در طول زمین یک گلوله برفی وجود داشته باشد.

محققان نمونه هایی از دریاچه های مختلف ذوب ، واقع در قفسه یخی مک موردو را در منطقه ای که برای اولین بار توسط اعضای اکسپدیشن رابرت فالکون در سال 1903 به عنوان “یخ کثیف” توصیف شده بود ، تجزیه و تحلیل کردند. محققان MIT در هر حوضچه امضاهای روشنی از زندگی یوکاریوتی پیدا کرده اند. جوامع یوکاریوت از حوضچه تا حوضچه متفاوت بودند و انواع زندگی غافلگیرکننده ای را در طول محیط نشان می دهند. این تیم همچنین دریافت که شوری نقش مهمی در نوع زندگی دارد که حوضچه می تواند میزبان باشد: بدنهای آبی که شور و شور تر هستند ، جوامع یوکاریوتی مشابه تری دارند که با دریاچه های بیشتر متفاوت است.

فاطیما حسین ، نویسنده اصلی ، دانشجوی فارغ التحصیل در گروه زمین ، جوی و علوم سیاره ای MIT (EAPS) گفت: “ما نشان داده ایم که حوضچه آب ذوب شده کاندیداهای معتبری است که در آن می توان یوکاریوت های اولیه را در طی این وقایع یخ زدگی روی کره زمین پناه گرفت.” “این به ما نشان می دهد که تنوع وجود دارد و در چنین تنظیماتی امکان پذیر است. این واقعاً یک داستان از پایداری زندگی است.”

مؤسسات این مطالعه شامل استاد ژئوبولوژی Schlumberger Roger Summons و توماس اوانز سابق پس از آن ، به همراه یاسمین میلار در دانشگاه کاردیف ، آن یونگبوت در نوا زای و یان شلنگ از دانشگاه ویکا است.

غوطه وری قطبی

سرزمین گلوله برفی گفتگوی دوره های زمانی در تاریخ زمین است که در طی آن سیاره می چسبد. این غالباً به عنوان مرجع دو رویداد کریسمس سالانه متوالی ، چند میلیون ساله که در دوره کرایوژنیک برگزار می شود ، که زمین شناسان بین 635 تا 720 میلیون سال می نامند ، استفاده می شود. این که آیا زمین برفی سخت تر بود یا نرم تر “کیشا” هنوز آماده بحث است. اما دانشمندان از یک چیز مطمئن هستند: بخش عمده ای از کره زمین در انجماد عمیق غوطه ور بود ، با متوسط ​​دمای جهانی منهای 50 درجه سانتیگراد. سوال این است: چگونه و زندگی در کجا زنده مانده است؟

حسین می گوید: “ما علاقه مند به درک اصول اولیه زندگی پیچیده روی زمین هستیم. ما شواهدی از یوکاریوت قبل و بعد از کرایوژن در سوابق فسیلی مشاهده می کنیم ، اما تا حد زیادی هیچ مدرک مستقیمی در جایی که آنها در طول زمان زندگی می کردند وجود ندارد.” “بیشتر این رمز و راز این است که ما می دانیم که زندگی زنده مانده است. ما فقط سعی می کنیم درک کنیم که چگونه و کجا.”

تعدادی ایده برای ارگانیسم ها وجود دارد که ارگانیسم ها می توانند در طی یک زمین برفی ، از جمله در برخی از نقاط اقیانوس باز (در صورت وجود چنین محیط هایی) ، در داخل و اطراف دهانه های آب گرمازایی عمیق آب و زیر میزهای یخی قرار بگیرند. با نگاهی به حوضچه آب ذوب شده ، حسین و همکارانش این فرضیه را دنبال می کنند که کارخانه های یخ سطحی نیز ممکن است در آن زمان بتوانند از زندگی اولیه یوکاریوتی حمایت کنند.

حسین خاطرنشان می کند: “فرضیه های زیادی در مورد جایی که زندگی می تواند در طول کرایوژن زنده بماند و پناهگاه باشد ، وجود دارد ، اما ما هیچ آنالوگ عالی برای همه آنها نداریم.” “دلایل فوق روی دریاچه ها امروزه روی زمین ظاهر می شود و در دسترس است و به ما امکان می دهد تا واقعاً روی یوکاریوت هایی که در این محیط زندگی می کنند تمرکز کنیم.”

یک حوضچه کوچک ، زندگی عالی

محققان برای مطالعه جدید خود ، نمونه های گرفته شده از دریاچه های آب ذوب شده در قطب جنوب را مورد تجزیه و تحلیل قرار دادند. در سال 2018 ، وی همچنین از همكاران نیوزیلند خواست ، به منطقه ای از قفسه یخ مک ماردو در شرق قطب جنوب سفر كرد ، كه به دلیل میزبانی حوضچه های كوچك از یخ ذوب شده مشهور است ، هر یك از چند پا عمق و چند متر عرض. در آنجا ، آب تمام راه را تا کف دریا منجمد می کند ، در فرآیند ضبط رسوب رنگ تیره و موجودات دریایی. از بین رفتن باد یخ از سطح ، نوعی نوار نقاله را ایجاد می کند که این تله از بقایای سطح را در طول زمان جذب گرمای خورشید می کند و باعث می شود یخ ذوب شود در حالی که یخ اطراف بدون آوار منعکس کننده نور خورشید است و منجر به تشکیل دریاچه های کم عمق می شود.

قسمت زیرین هر حوضچه با مسابقات میکروب هایی که در طول سالها انباشته شده اند برای تشکیل لایه هایی از جوامع سلولی چسبنده پوشیده شده است.

حسین می گوید: “این تشک ها می توانند چند سانتی متر ضخامت ، رنگی داشته باشند و می توانند بسیار لایه بندی شوند.”

این تشک های میکروبی از ارگانیسم های فتوسنتزی ، پروکاریوتی ، پروکاریوتی ، تک سلولی تشکیل شده اند که هیچ هسته سلولی یا اندامک های دیگر ندارند. اگرچه شناخته شده است که این میکروب های باستانی در برخی از اولین محافل روی زمین ، از جمله حوضچه آب ذوب شده زنده می مانند ، محققان می خواستند بدانند که آیا یوکاریوت ها – ارگانیسم های پیچیده ای که هسته سلولی ایجاد کرده اند و سایر اندام های غشایی نیز می توانند با شرایط مشابهی استخراج شوند. پاسخ این سؤال بیش از میکروسکوپ طول می کشد ، زیرا مشخصات تعیین کننده یوکاریوت های میکروسکوپی موجود در بین تشک های میکروبی بسیار خوب است که از طریق چشم ها متفاوت باشد.

برای توصیف یوکاریوت ها ، این تیم تشک های لیپیدهای خاصی را که می سازند ، به نام استرول ها و همچنین اجزای ژنتیکی به نام اسید ریبونوکلئیک ریبوزومی (rRNA) تجزیه و تحلیل می کند ، که هر دو می توانند برای شناسایی ارگانیسم های دارای درجه های مختلف ویژگی استفاده شوند. این دو مجموعه مستقل از تجزیه و تحلیل ، اثر انگشت مکمل را برای برخی از گروه های یوکاریوتی ارائه می دهند. به عنوان بخشی از مطالعات لیپیدهای تیم ، آنها بسیاری از ژنهای استرول و rRNA را که از نزدیک با گونه های خاص جلبک ها ، اعتراضات و حیوانات میکروسکوپی در بین تشک های میکروبی مرتبط بودند ، پیدا کردند. محققان توانستند از گونه ها و فراوانی نسبی لیپیدها و ژنهای rRNA از حوضچه تا حوضچه قدردانی کنند و دریافتند که این مخازن میزبان تنوع شگفت انگیزی از زندگی یوکاریوتی هستند.

حسین می گوید: “هیچ دو دریاچه مانند نبود.” “تخفیف های تکراری از قهرمانان وجود دارد ، اما آنها در وفور مختلف وجود دارند. این است که خدمت به حیوانات مختلفی است که متفاوت از زندگی پیچیده بودند – از جمله ما. “

این مطالعه تا حدودی توسط برنامه اگزوبیولوژی ناسا ، همکاری سیمونز در مورد منشأ زندگی و کمک مالی میسی از MIT-Newealand پشتیبانی شد.