6 Minuten
Smūgis, įtrūkimas ir nauja buveinė
Prieš 78 milijonus metų apie 1,6-kilometro dydžio asteroidas atsitrenkė į teritoriją, dabar žinomą kaip Suomija, formuodamas Lappajärvi smūgio struktūrą — apie 23 km skersmens ir maždaug 750 m gylio duburį. Smūgis suskaldė pagrindinę uolieną ir sukūrė plačią, ilgai veikiančią hidroterminę cirkuliacijos sistemą, kai smūgio šiluma stūmė skysčius per naujai susiformavusius įtrūkimų tinklus. Šios sąlygos — šiltas vanduo, didelis poringumas ir gausūs cheminiai gradientai — yra ypač palankios mikrobinėms bendruomenėms ir hidroterminės aplinkos gyvybingumui.
Mokslininkai jau seniai įtaria, kad smūgio krateriai gali tapti gyvybės oazėmis tiek Žemėje, tiek kitose planetose, nes įtrūkimai ir pašildyti skysčiai sukuria pastovias energijos ir maistinių medžiagų sankaupas. Tačiau nustatyti, kada gyvenimas pirmą kartą kolonizavo kraterio hidroterminę sistemą, buvo sudėtinga. Naujas tarptautinės komandos tyrimas pateikia pirmuosius tiesioginius geochronologinius įrodymus, nustatančius, kada mikroorganizmai įsikūrė Lappajärvi hidroterminėje sistemoje po asteroido smūgio.
Mokslinis fonas: smūgiai kaip tinkamos buveinės
Hidroterminės sistemos, susidariusios po smūgių, formuojasi, kai smūgis uolienose sukaupia didelį kiekį šilumos, sukeldamas terminę anomaliją, kuri tūkstančius arba milijonus metų palaiko skysčių cirkuliaciją. Tokiose sistemose gali vykti įvairios cheminės reakcijos, įskaitant redoks procesus, kuriuos gali išnaudoti mikrobinės bendruomenės. Vienas ypač informatyvus metabolinis kelias yra mikrobinis sulfatų redukavimas — anaerobinis kvėpavimo procesas, kuriame mikroorganizmai naudoja sulfatą (SO4 2-) kaip elektronų akceptorių ir redukuoja jį į vandenilio sulfidą (H2S). Šio metabolizmo paliktos cheminės paraštes, ypač sieros izotopų frakcionacija, tarnauja kaip biosignatūros mineralinėse fazėse, pavyzdžiui, pirite ir kalcite.
Šis kontekstas paskatino naują studiją „Deep microbial colonization during impact-generated hydrothermal circulation at the Lappajärvi impact structure, Finland“, paskelbtą Nature Communications ir vadovaujamą Jacob Gustafsson (Linnaeus University). Mokslininkų komanda derino izotopinių biosignatūrų analizę su tiksliu radioizotopiniu datavimu, kad mikrobinę veiklą tiesiogiai susietų su kraterio atvėsimo istorija.
Metodai: izotopai, radiometrinis datavimas ir petrografija
Autoriai rinko mėginius iš mineralų, nusodintų įtrūkimų zonose ir vugose (mineralinėmis išklotėmis išklotose ertmėse) smūgio uolienose. Jie susitelkė į dvi papildomas įrodymų linijas: sieros izotopus pirate ir anglies izotopines paraštes karbonatuose, tokiuose kaip kalcitas, kurie gali išsaugoti biologinės veiklos izotopines žymes. Naudodami aukštos skiriamosios gebos izotopinę analizę, tyrėjai vertino 34S praretėjimą pirate — tai būdingas mikrobinio sulfatų redukavimo signalas — ir anglies izotopines kompozicijas, patvirtinančias organinio suvokimo įtaką mineralizacijai.
Svarbiausia, komanda taikė radioizotopinį datavimą ankstyviausiems mineralų nusėdimo įvykiams, susiformavusiems temperatūromis suderinamomis su gyvybe. Datavus šiuos mineralizacijos įvykius, jie galėjo priskirti mikrobinę veiklą absoliučiam laiko skalėje, susiejant ją su pačiu smūgiu ir jo atšalimu.
Pagrindiniai radiniai: kada gyvenimas atvyko ir kiek ilgai išliko
Tyrimas rodo, kad pirmoji mineralų nusėdimo fazė prie gyvybingų temperatūrų (apie 47.0 ± 7.1 °C) įvyko prieš 73.6 ± 2.2 Ma — maždaug 4–5 milijonus metų po smūgio įvykio. Ankstyviausi piritų nusėdimai buvo reikšmingai praretėję 34S, kas atitinka aktyvų mikrobinį sulfatų redukavimą veikiant atvėstančiai hidroterminėms sąlygoms. Vėlesni mineralizacijos įvykiai, įvykę apie 10 milijonų metų po smūgio, apėmė kalcito turinčias vugas, kurių izotopiniai parašai papildomai patvirtina ilgesnę mikrobinę veiklą.
Autoriai šią seką interpretuoja kaip tiesioginį įrodymą, kad Lappajärvi hidroterminė sistema buvo kolonizuota sulfatą redukuojančiais mikroorganizmais, kai temperatūros sumažėjo iki tinkamos ribos, o mikrobinės bendruomenės išliko lūžių hostinguotame akviferyje milijonus metų.
Biosignatūros, nustatytos
- 34S praretėjęs piritas: diagnostinis mikrobinio sulfatų redukavimo požymis.
- Kalcitas su anglies izotopinėmis kompozicijomis, atitinkančiomis biologinį mineralizavimą.
- Mineralinės asambliažos, nusėdusios vugose, rodantis tęstinį skysčių srautą ir gyvybingumą.
Pasekmės Žemės ir planetų moksle
Šie rezultatai suteikia pirmą geochronologinį ryšį tarp smūgio įvykio ir vėlesnės jo hidroterminės sistemos mikrobinės kolonizacijos. Iš to galima daryti dvi pagrindines išvadas: (1) vidutinio ir didelio masto smūgiai gali sukurti požemines tinkamas buveines, kurios kolonizuojamos per milijonus metų, kai sistema vėsta; ir (2) tokiose aplinkose susiformavusios biosignatūros išsaugomos mineraluose, kuriuos galima datuoti, todėl galima sudaryti patikimas mikrobinės veiklos chronologijas po katastrofinių įvykių.
Kadangi asteroidai ir kometos gali atnešti organines jungtis ir svarbias chemines sudedamąsias dalis į planetų paviršius, smūgio krateriai gali vienu metu tiek tiekti gyvybės statybines medžiagas, tiek kurti palankias buveines — tai scenarijus svarbus ankstyvajai Žemei ir Marso tyrimams. Lappajärvi yra praktiškas analogas tam, kaip gyvybė galėjo įsitvirtinti smūgio sukurtose hidroterminėse sistemose kituose planetiniuose kūnuose.
Eksperto įžvalga
Dr. Elena Márquez, astrobiologė ir planetų geochemininkė (fiktyvi), komentuoja: "Šis tyrimas yra svarbus žingsnis, nes jis susieja izotopines biosignatūras su gerai apibrėžta chronologine schema. Planetų tyrimuose tai reiškia, kad mėginių parvežimo misijos arba roverių izotopiniai tyrimai galėtų ne tik aptikti praeities metabolizmo pėdsakus, bet ir datuoti, kada šie procesai vyko, palyginti su smūgio ar vulkaniniu šildymu. Lappajärvi parodo, kad lūžiai ir vugos išsaugo tiek chemiją, tiek chronologiją, reikalingą požeminės gyvybingumo rekonstrukcijai."
Ateities kryptys ir taikymai
Analitinį požiūrį, pritaikytą Lappajärvi — derinti sieros ir anglies izotopines biosignatūras su tiksliomis radiometrinėmis datomis — galima taikyti ir kitoms Žemės smūgio struktūroms, kad būtų sukurtas palyginamasis duomenų rinkinys apie krateriuose buvusią gyvybę. Marse, kur gausu senovinių smūgių ir planuojami mėginių parvežimai, šie metodai gali būti adaptuojami ieškoti ir datuoti praeities požeminį gyvybingumą. Instrumentų kūrimas in situ izotopiniams matavimams robotinėms misijoms bus svarbus kitas žingsnis.
Tyrimas taip pat kelia klausimų apie sklaidą ir kolonizacijos kelius: ar kolonizuojantys mikroorganizmai išgyveno vietoje termiškai stresuotose uolienose, ar jie buvo atnešti per paviršinį arba gruntinį vandenį? Atsakyti į šiuos klausimus reikės integruotų mikrobiologinių, geocheminių ir struktūrinių tyrimų keliuose kraterių sistemose.
Išvados
Lappajärvi tyrimas pateikia pirmą tiesioginį geochronologinį įrodymą, kad mikrobinė gyvybė kolonizavo smūgio sukurtą hidroterminę sistemą per kelis milijonus metų po asteroido smūgio ir išliko bent kelis milijonus metų, kol krateris vėso. Parodžius, kaip izotopais paremti biosignatūros, išsaugotos pirite ir kalcite, gali būti datuotos, tyrimas sustiprina požiūrį, kad smūgio krateriai nėra vien tik naikinimo jėgos, bet ir potencialios gyvybės inkubacijos vietos. Šie radiniai formuoja ankstyvos Žemės gyvybingumo modelius ir nukreipia strategijas ieškant praeities gyvybės smūgio paviršiuose Marse ir kituose planetiniuose kūnuose.
Quelle: sciencealert
Kommentar hinterlassen