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光のない生活 – 微生物によって形成された鉱物と岩石における化学合成の痕跡

約 40 億年前、地球上の最初の生命は、化学合成と呼ばれるバイオマス生産のモードである、還元された化合物の酸化からエネルギーを使用しました。

光合成、特に酸素発生型光合成の形での光合成は、その出現後すぐに、地球上での一次生産の主要なモードになり始めました。しかし、現在でも地球上で化学合成によって維持されている生態系は、近年ますます関心を集めています.

科学者たちは、深海に広がる尾根に沿って熱水噴出孔とその緑豊かな動物群集を発見したことで、地球内部からの化学エネルギーが、光合成による一次生産とはほとんど関係のない食物網を維持していることに気付きました。化学合成が微生物と後生動物の群集を維持する大きな範囲の認識は、生命が地球上でどのように始まったかについての現在の概念を変えました.

化学合成に基づく生態系に関する研究により、生命の温度の上限は 100°C をはるかに超えることが明らかになりました。生命は、深部生物圏と呼ばれるもので、火成地殻での化学合成によって支えられています。最後に、宇宙生物学者が他の天体に生命の証拠を見つけようとするとき、彼らは主に、火星、エウロパ、エンケラドスなどの惑星や月で化学合成生命の痕跡を探します.

生体署名の検索方法

生命の痕跡 (一般にバイオシグネチャーまたはバイオマーカーと呼ばれる) は、体の化石、痕跡化石、分子、および特定の安定同位体の存在量分布の形で現れます。原核生物は通常、体の化石として保存されていないため、初期の地球、深部地下、およびその他の天体の岩石記録における生命の痕跡の検索は、生体分子と安定同位体パターンに焦点を当てています。後者は地質学的時間スケールで安定している傾向がありますが、生体有機分子ははるかに簡単に破壊されます.

疑わしい生物起源の鉱物や岩石の元素パターンは、代替のバイオシグネチャーになる可能性があります。一部の生体分子ほど特異的で診断的であることはめったにありませんが、一部の細菌と古細菌は、要素パターンがバイオシグネチャーになる程度まで特定の要素を濃縮することが知られています.

メタン酸化原核生物の新しいバイオシグネチャ

熱水噴出孔とは別に、世界の海洋の大陸縁辺に沿って整列する冷たいメタンの浸透は、化学合成のホットスポットです。メタンの浸透では、古細菌とバクテリアのコンソーシアムがメタンの酸化を担っています。これらの原核生物は、生きている間に微生物学的手法で識別できるだけでなく、炭素安定同位体の特徴と安定した生体分子、いわゆる脂質バイオマーカーによって古代の岩石でも識別できます。

ここで、3 億年前とその後のメタン浸透で形成された石灰岩を研究することにより、メタンの酸化に関与する古細菌と細菌の以前の存在を認識するための新しいアプローチについて説明します。メタンを消費する原核生物の代謝の直後に生じる炭酸塩ミネラルは、メタン酸化コンソーシアムのバイオフィルムによる金属の取り込みを反映する微量金属分布を明らかにします。このようなバイオフィルムでのミネラル形成は、有機物によって優先的に隔離されることが知られている軽希土類元素の強力な濃縮を伴うことがわかっています。保存状態の良い炭酸塩鉱物は、メタンの湧出でバイオフィルムに沈殿し、軽い希土類元素の濃縮に代表されるだけでなく、局所的に形成された岩石の他のどの成分よりも多くの有機炭素を含んでいます。

ただし、調査対象の岩石が海の浸透で形成された後の変質プロセスによってどれだけ深刻な影響を受けたかによっては、主要な微量金属の在庫が損なわれる可能性があります。このような後の変化は、湧水で形成される鉱物で新たに発見された微量金属のバイオシグネチャーを消去する可能性がありますが、調査対象の岩石の変化の程度を評価し、微量金属分布の生物原性を検証することができます。

今後の研究

現代の環境で認識される前に、古代の岩石で新しいバイオシグネチャーが発見されたのはこれが初めてではありません。生物膜で鉱化が起こっているときに、今日の海の浸透で形成されている炭酸塩岩が軽希土類元素の同じ濃縮を示すかどうかをテストする必要があります。ただし、そのような研究は、メタン酸化原核生物のバイオフィルムの無機化の影響に限定されるべきではなく、急な微生物勾配がバイオフィルムの無機化に対するさまざまなタイプの発達を促進する他の環境も調査する必要があります。理想的に独立したバイオシグネチャーがますます利用可能になるにつれて、地球生物学者や宇宙生物学者が地球上の微生物生命の進化を再構築する可能性が高まります.

これらの発見は、微生物活動と初期続成作用のトレーサーとしての希土類元素という題名の記事で説明されています。最近ジャーナル Chemical Geology に掲載された、古代のメタン浸透堆積物の炭酸セメントからの新しい展望です。 この研究は、ウィーン大学のJ.ツヴィッカー、D.スムルツカ、S.ギール、ノルウェー地質調査所のT.ヒムラー、ブレーメン大学のP.モニエン、ワシントン大学のJ.L.ゲーダート、およびJによって実施されました。 . ハンブルグ大学のペックマン


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