Spada krew - Blood Falls

Spada krew, 2006

Blood Falls, u stóp Lodowca Taylora , 2013

Krew Falls jest odpływ z żelaza tlenek -tainted smudze od słonej wody, płynącej z językiem Taylor lodowiec na pokrytej lodem powierzchni West Lake Bonney w Taylor Dolinie części McMurdo Dry Dolin w Ziemia Wiktorii , Wschodniej Antarktyce .

Woda hipersłona bogata w żelazo sporadycznie wypływa z małych szczelin w kaskadach lodowych. Źródłem słonej wody jest subglacjalny basen o nieznanej wielkości, pokryty lodem około 400 metrów (1300 stóp) kilka kilometrów od jego maleńkiego ujścia w Blood Falls.

Czerwonawe złoże zostało odkryte w 1911 roku przez australijskiego geologa Griffitha Taylora , który jako pierwszy zbadał dolinę noszącą jego imię. Pionierzy Antarktydy najpierw przypisywali czerwony kolor czerwonym algom , ale później okazało się, że jest to spowodowane tlenkami żelaza.

Geochemia

Słabo rozpuszczalne uwodnione tlenki żelazowe osadzają się na powierzchni lodu po utlenieniu jonów żelazawych obecnych w niezamrożonej wodzie morskiej w kontakcie z tlenem atmosferycznym . Bardziej rozpuszczalne jony żelaza są początkowo rozpuszczane w starej wodzie morskiej uwięzionej w pradawnej kieszeni pozostałej z Oceanu Antarktycznego, gdy fiord został odizolowany przez lodowiec podczas jego rozwoju w okresie miocenu , około 5 milionów lat temu, kiedy poziom morza był wyższy niż obecnie .

W przeciwieństwie do większości lodowców antarktycznych, lodowiec Taylora nie jest przymarznięty do podłoża skalnego , prawdopodobnie z powodu obecności soli skoncentrowanych w wyniku krystalizacji starożytnej wody morskiej uwięzionej poniżej. Kriokoncentracja soli wystąpiła w głębokiej reliktowej wodzie morskiej, gdy czysty lód krystalizował i wydalał rozpuszczone sole podczas stygnięcia z powodu wymiany ciepła uwięzionej ciekłej wody morskiej z ogromną masą lodową lodowca. W konsekwencji uwięziona woda morska została skoncentrowana w solankach o zasoleniu dwa do trzech razy większym niż średnia woda oceaniczna . Drugim mechanizmem, który czasami wyjaśnia powstawanie solanek hipersłonych, jest parowanie wody z jezior powierzchniowych bezpośrednio wystawionych na bardzo suchą polarną atmosferę w Suchych Dolinach McMurdo. Analizy stabilnych izotopów wody pozwalają w zasadzie na rozróżnienie obu procesów, o ile nie dochodzi do mieszania się różnie powstałych solanek.

Płyn nadsolny, pobrany przypadkowo przez szczelinę w lodzie, był pozbawiony tlenu i bogaty w siarczany i jony żelaza . Siarczan jest pozostałością geochemiczną sygnatury warunków morskich, podczas gdy rozpuszczalne żelazo dwuwartościowe prawdopodobnie zostało uwolnione w warunkach redukujących z subglacjalnych minerałów skalnych zwietrzałych przez aktywność drobnoustrojów.

Ekosystem mikrobiologiczny

Schematyczny przekrój Blood Falls pokazujący, jak subglacjalne społeczności drobnoustrojów przetrwały miliony lat w zimnie, ciemności i braku tlenu w wodzie solankowej poniżej lodowca Taylora .

Analiz chemicznych i mikrobiologicznych jak wskazują, że rzadkie subglacjalnych ekosystem w autotroficzne bakterie opracowano który metabolizuje siarczan i żelazowych jonów. Według geomikrobiologa Jill Mikucki z University of Tennessee , próbki wody z Blood Falls zawierały co najmniej 17 różnych rodzajów drobnoustrojów i prawie nie zawierały tlenu. Wyjaśnieniem może być to, że drobnoustroje używają siarczanu do oddychania jonami żelaza i metabolizowania śladowych ilości uwięzionej przez nie materii organicznej . Taki proces metaboliczny nigdy wcześniej nie był obserwowany w przyrodzie.

Zagadkową obserwacją jest współistnienie Fe ²⁺ i SO2-
4jony w warunkach beztlenowych . W układzie nie występują aniony siarczkowe ( HS ⁻ ). Sugeruje to skomplikowaną i słabo poznaną interakcję między cyklami biochemicznymi siarki i żelaza .

W grudniu 2014 r. naukowcy i inżynierowie kierowani przez Mikuckiego wrócili na Lodowiec Taylora i użyli sondy o nazwie IceMole , zaprojektowanej przez niemiecką współpracę, aby wtopić się w lodowiec i bezpośrednio pobrać próbki słonej wody ( solanki ), która zasila Blood Falls.

Analizowane próbki wykazały zimną (-7°C), bogatą w żelazo (3,4 mM) solankę subglacjalną (8% NaCl). Z tych próbek naukowcy wyizolowali i scharakteryzowali rodzaj bakterii zdolnych do wzrostu w słonej wodzie ( halofilowe ), które rozwijają się w zimnie ( psychrofilne ) i są heterotroficzne , co przypisali do rodzaju Marinobacter . Analiza bioinformatyczna DNA wykazała obecność co najmniej czterech klastrów genów zaangażowanych w metabolizm wtórny. Dwa klastry genów są związane z produkcją polienów arylowych , które działają jako przeciwutleniacze , chroniąc bakterie przed reaktywnymi formami tlenu . Wydaje się, że w biosyntezę terpenów zaangażowany jest inny klaster genów , najprawdopodobniej wytwarzający pigmenty . Inne zidentyfikowane bakterie to Thiomicrospira sp. i Desulfocapsa sp.

Implikacje dla hipotezy Snowball Earth

Według Mikuckiego i in. (2009) niedostępny obecnie basen subglacjalny został zamknięty 1,5 do 2 milionów lat temu i przekształcony w rodzaj „kapsuły czasu”, izolując dawną populację drobnoustrojów na wystarczająco długi czas, aby ewoluowała niezależnie od innych podobnych organizmów morskich. Wyjaśnia, jak inne mikroorganizmy mogły przetrwać, gdy Ziemia (zgodnie z hipotezą Snowball Earth ) była całkowicie zamarznięta.

Pokryte lodem oceany mogło być jedynym refugia dla ekosystemów mikrobiologicznych kiedy Ziemia najwyraźniej została pokryta przez lodowce w tropikalnych szerokościach podczas Proterozoic eon około 650 750 mln lat temu.

Implikacje dla astrobiologii

To niezwykłe miejsce oferuje naukowcom wyjątkową okazję do badania głęboko podpowierzchniowego życia drobnoustrojów w ekstremalnych warunkach bez konieczności wiercenia głębokich otworów w polarnej czapie lodowej , z powiązanym ryzykiem zanieczyszczenia delikatnego i wciąż nienaruszonego środowiska.

Badanie trudnych warunków na Ziemi jest przydatne w zrozumieniu zakresu warunków, do których życie może się przystosować, oraz w ocenie możliwości życia w innych częściach Układu Słonecznego, takich jak Mars czy Europa , pokryty lodem księżyc Jowisza . Naukowcy z NASA Astrobiology Institute spekulują, że te światy mogą zawierać subglacjalne środowiska ciekłej wody sprzyjające utrzymywaniu elementarnych form życia, które byłyby lepiej chronione na głębokości przed promieniowaniem ultrafioletowym i kosmicznym niż na powierzchni.

Zobacz też

• Ekstremofile (organizmy odporne na ekstremalne warunki)
  • Psychrofil (bakterie odporne na zimno)
• Kriokoncentracja solanek hipersolnych
  • System eutektyczny
  • Depresja punktu zamarzania
• Życie na Marsie

Bibliografia

Dalsza lektura

• Lerman, Abraham (luty 2009). „Odpowiedź Saline Lakes na globalną zmianę”. Geochemia Wodna . 15 (1–2): 1–5. doi : 10.1007/s10498-008-9058-8 . S2CID  129653802 .
• Zielony, William J.; Lyons, W. Berry (luty 2009). „Jeziora solankowe z suchych dolin McMurdo na Antarktydzie”. Geochemia Wodna . 15 (1–2): 321–348. doi : 10.1007/s10498-008-9052-1 . S2CID  128898063 .
• Kluger, Jeffrey (18 kwietnia 2009). „Organizm przetrwa Antarktydę, a może Marsa” . Czas .
• Tierney, John (19 kwietnia 2009). „Mroczny sekret w Blood Falls” . New York Times .
• „Nowo odkryte gatunki oddychające żelazem żyły w zimnej izolacji przez miliony lat” . NaukaCodziennie . Uniwersytet Harwardzki. 17 kwietnia 2009 r.
• Badgeley, Jessica A.; Pettit, Erin C.; Carr, Christina G.; i in. (24 kwietnia 2017 r.). „Anglacjalny system hydrologiczny solanki w zimnym lodowcu: Blood Falls, McMurdo Dry Valleys, Antarktyda” . Czasopismo Glacjologii . 63 (239): 387–400. Kod Bibcode : 2017JGlac..63..387B . doi : 10.1017/jog.2017.16 .

Linki zewnętrzne

• Blood Falls, suche doliny Antarktydy przez NASA Earth Observatory
• Blood Falls – 100 cudów na YouTube autorstwa Atlas Obscura

Współrzędne : 77 ° 43 ′ S 162 ° 16 ′ E / 77,717°S 162,267°E / -77,717; 162,267