6 Minutės
Smūgis, lūžiai ir nauja buveinė
Prieš 78 milijonus metų maždaug 1.6 kilometro skersmens asteroidas smogė dabar Suomija vadinamam regionui, iškasdamas Lappajärvi smūgio struktūrą — apie 23 km pločio ir maždaug 750 m gylio įdubą. Smūgis sutrėmė uolienas ir sukūrė plačią, ilgai veikiančią hidroterminę cirkuliacijos sistemą, kai smūgio šiluma varė skysčius per naujai susidariusius lūžių tinklus. Tokios sąlygos — šiltesnis vanduo, didelis poringumas ir gausūs cheminiai gradientai — yra itin palankios mikrobinei gyvybei.
Mokslininkai jau ilgą laiką įtaria, kad smūgio kratės gali tapti gyvybės oazėmis tiek Žemėje, tiek kitose planetinėse kūnuose, nes lūžiai ir įkaitę skysčiai sukuria nuolatinius energijos ir maistinių medžiagų gradientus. Tačiau tiksliai nustatyti, kada gyvybė pirmą kartą kolonizavo kraterio hidroterminę sistemą, buvo sudėtinga. Nauji tarptautinės komandos tyrimai pateikia pirmuosius tiesioginius geochronologinius įrodymus, nustatančius, kada mikroorganizmai pradėjo gyventi Lappajärvi hidroterminėje sistemoje po asteroido smūgio.
Mokslinis kontekstas: smūgiai kaip gyvenamos sistemos
Hidroterminės sistemos, susidarančios po smūgių, formuojasi tuomet, kai smūgis į taikinio uolieną perduoda didelį kiekį šilumos, sukeldamas terminis anomalijas, kurios varo skysčių cirkuliaciją tūkstančius ar milijonus metų. Tokiose sistemose vyksta įvairios cheminės reakcijos, įskaitant redoks procesus, kuriais gali naudotis mikroorganizmai. Vienas ypač informatyvus metabolinis kelias yra mikrobinė sieros redukcija — anaerobinis kvėpavimo procesas, kurio metu mikroorganizmai naudoja sulfatą (SO4 2-) kaip elektronų akceptorių ir redukuoja jį iki vandenilio sulfido (H2S). Cheminiai šio metabolizmo pėdsakai, ypač sieros izotopų frakcionavimas, veikia kaip biosignatūros mineralinėse fazėse, tokiuose kaip piritas ir kalcitas.
Šis kontekstas paskatino naują studiją „Deep microbial colonization during impact-generated hydrothermal circulation at the Lappajärvi impact structure, Finland“, publikuotą žurnale Nature Communications ir vadovaujamą Jacob Gustafsson (Linnaeus University). Tyrėjų komanda sujungė izotopinių biosignatūrų analizę su tiksliu radioizotopiniu datavimu, kad tiesiogiai susietų mikrobinę aktyvumą su kraterio aušinimosi istorija.
Metodai: izotopai, radiometrinis datavimas ir petrografija
Autoriai ėmė mėginius iš mineralų, nusėdusių lūžių zonose ir vugose (mineralais išklotose ertmėse) smūgio uolienose. Jie sutelkė dėmesį į dvi papildomas įrodymų gaires: sieros izotopus pirite ir karbonatus, tokius kaip kalcitas, kurie gali saugoti biologinės veiklos izotopinius ženklus. Naudodami didelės skiriamosios gebos izotopinę analizę jie įvertino 34S atskaitą pirite — tai būdingas mikrobinės sieros redukcijos požymis — ir anglies izotopinius santykius, patvirtinančius organinėms sąlygoms būdingus procesus.
Esminis žingsnis buvo taikymas radioizotopinio datavimo ankstyviausioms mineralizacijos stadijoms, susidariusioms temperatūrose, suderinamose su gyvybe. Datavus mineralizacijos įvykius, tyrėjai galėjo įterpti mikrobinę veiklą į absoliutų laiko mastelį, palyginti su smūgio įvykiu.
Pagrindiniai radiniai: kada gyvybė atvyko ir kiek ilgai ji išliko
Tyrimas rodo, kad pirmoji mineralų nuosėda esant gyvybingoms temperatūroms (maždaug 47.0 ± 7.1 °C) susidarė 73.6 ± 2.2 Ma — maždaug po 4–5 milijonų metų nuo smūgio įvykio. Ankstyviausi pirito nuosėdos buvo ženkliai 34S sumažėjusios, kas atitinka aktyvią mikrobinę sieros redukciją vėsstančioje hidroterminėje sistemoje. Vėlesni mineralizacijos įvykiai, vykę maždaug po 10 milijonų metų nuo smūgio, apėmė kalcito turinčias vugas, kurių izotopiniai požymiai papildomai palaiko ilgalaikę mikrobinę veiklą.
Autoriai tai interpretuoja kaip tiesioginį įrodymą, kad Lappajärvi hidroterminė sistema buvo kolonizuota sulfatą redukuojančiais mikroorganizmais, kai temperatūros sumažėjo iki gyvybingų ribų, ir kad mikrobų bendrijos išliko lūžiuose esančiame akvyfere milijonus metų.
Identifikuotos biosignatūros
- 34S sumažintas piritas: būdingas mikrobinės sieros redukcijos požymis.
- Kalcitas su anglies izotopų sudėtimis, atitinkančiomis biologinės įtakos mineralizaciją.
- Mineralinės sankaupos, iškritusios lūžių vugose, rodančios nuolatinį skysčių srautą ir tinkamumą gyventi.
Pasekmės Žemei ir planetų mokslui
Šie rezultatai suteikia pirmąjį geochronologinį ryšį tarp smūgio įvykio ir vėlesnės jo hidroterminės sistemos mikrobinės kolonizacijos. Iš to galima daryti dvi pagrindines išvadas: (1) vidutinio ir didelio dydžio smūgiai gali sukurti požemines, gyvybės vertas nišas, kurios yra kolonizuojamos per milijonus metų, kol sistema atvėsta; ir (2) tokiose aplinkose susiformavusios biosignatūros išsaugomos mineraluose, kuriuos galima datuoti, leidžiant sudaryti patikimas mikrobinės veiklos laiko juostas po katastrofinių įvykių.
Kadangi asteroidai ir kometos gali papildyti planetų paviršius organinėmis jungtimis ir svarbiais elementais, smūgio kratės gali kartu tiek tiekti gyvybės statybines dalis, tiek kurti buveines, palankias gyvybei — scenarijus, svarbus ankstyvajai Žemei ir Marso tyrimams. Lappajärvi yra apčiuopiama analogija tam, kaip gyvybė galėjo įsitvirtinti smūgio sukurtose hidroterminėse sistemose kitose planetose.
Eksperto įžvalga
Dr. Elena Márquez, astrobiologė ir planetų geochemikė (fiktyvi), komentuoja: "Šis tyrimas yra svarbus žingsnis, nes jis sieja izotopines biosignatūras su gerai apibrėžta chronologine sistema. Planetų tyrinėjimui tai reiškia, kad mėginių parvežimo misijos arba roverių izotopiniai tyrimai gali ne tik aptikti praeities metabolizmo pėdsakus, bet ir datuoti, kada šie procesai vyko santykyje su smūgio ar vulkanine įkaitine veikla. Lappajärvi parodo, kad lūžiai ir vugos išsaugo tiek cheminę informaciją, tiek laiko ženklus, reikalingus pogrindinės tinkamumo gyventi rekonstrukcijai."
Tolesnės kryptys ir taikymai
Analitinis požiūris, taikytas Lappajärvi — sieros ir anglies izotopinių biosignatūrų derinys su tiksliu radiometriniu datavimu — gali būti pritaikytas kitoms Žemės smūgio struktūroms, kad būtų sudarytas lyginamasis duomenų rinkinys apie krateriuose vystomą gyvybę. Marse, kur senieji smūgiai gausūs ir planuojami mėginių parvežimo projektai, šios metodikos galėtų būti pritaikytos ieškant ir datuojant praeities pogrindinį tinkamumą gyventi. In situ izotopinių matavimų instrumentų vystymas robotinėms misijoms bus svarbus kitas žingsnis.
Tyrimas taip pat kelia klausimų apie sklaidos ir kolonizacijos kelius: ar kolonizuojantys mikroorganizmai išgyveno vietiniuose termiškai stresuotuose substratuose, ar jie buvo atnešti per paviršinį ar gruntinį vandenį? Atsakymai reikalauja integruotų mikrobiologinių, geochemijos ir struktūrinių tyrimų keliuose krateriuose.
Išvados
Lappajärvi tyrimas pateikia pirmuosius tiesioginius geochronologinius įrodymus, kad mikrobinė gyvybė kolonizavo smūgio sukurtą hidroterminę sistemą per kelis milijonus metų po asteroido smūgio ir išliko bent kelis milijonus metų, kol krateris atvėso. Parodęs, kaip izotopais pagrįstos biosignatūros, saugomos pirituose ir kalcite, gali būti datuojamos, tyrimas sustiprina požiūrį, kad smūgio kratės nėra vien tik naikinančios jėgos, bet ir potencialūs gyvybės inkubatoriai. Šie radiniai papildo ankstyvosios Žemės tinkamumo gyventi modelius ir nurodo strategijas, kaip aptikti praeities gyvybę smūgio teritorijose Marse ir kitose planetose.
Šaltinis: sciencealert
Palikite komentarą