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在力拓河階地沉積物中,有機化合物的天體生物學意義

作者:由 實用科學菌 發表于 書法日期:2022-12-12

黃鉀鐵釩什麼價位

由於鹽類在極端環境中儲存生命的重要性以及火星生命探測的需要,對地球上鹽類沉積中微生物的研究顯得尤為重要。

大浪灘幹鹽湖樣品實驗室分離到微生物菌株的樣品,主要礦物成分為:石膏(15個樣品中9個有微生物產出)、碳酸鹽與粘土或碎屑的混合物(5個樣品)、氯化物(4個樣品)以及蒸發鹽混合物(包括石鹽)和碎屑物。

所有的細菌菌株中,46株是厚壁菌門,佔92%。酶聯熒光原位雜交的結果顯示,56-95%的菌株屬於厚壁菌門。分離到的菌株中,Bacillus是分佈最廣的屬種,兩個剖面的0-7m深度都有分佈,能適應不同理化性質的鹼性沉積物:分離到Bacillus的沉積物鹽度在5-50%,含水率為0。08-12。45%,TOC值0。10-12。95%。

就分佈環境而言,Bacillus對於不同礦物組分似乎沒有偏好。從大浪灘微生物的研究中可以發現,Bacillus在極端乾旱、高鹽的環境中具有很強的適應能力。前人的研究也證實了這一觀點:Bacillus能在嚴酷的環境中形成內生孢子,對於UV輻射和乾旱也具有很強的耐受能力。

有研究報道,在極端乾旱、低溫和真空環境下(10-6Pa,77K,24h),55%的Bacillussubtilis孢子有萌發的能力。多種Bacillus屬的休眠孢子耐受UV輻射的能力是同等情況的生長細胞的5-50倍。

在力拓河階地沉積物中,有機化合物的天體生物學意義

由於產芽孢的細菌(尤其是Bacillus)對於極端環境有很強的耐受性,甚至能在宇宙空間存活一段時間,因此被認為是天體生物學和行星保護學的重點研究物件。空間任務的宇宙飛船在出發之前要預先經過滅菌,直到細菌水平≤5×105個孢子。

然而,對運載好奇號的飛行器火星科學實驗室的內部裝置進行的取樣分析,分離到了358株可培養微生物,其中66%屬於Bacillus屬(Smithetal。2017)。不僅如此,Bacillus有適應太空環境、在行星間傳播的潛力。關於Bacillus暴露在模擬火星環境中的研究已經開展了許多。

比如暴露在模擬的火星大氣成分(96%CO2、1-3%N2與Ar,極少量H2O,CO和O2)、大氣壓力(6mbar)的環境下19天,B。subtilis孢子的萌發受到影響,但是跟地球環境下的控制變數相比,依然具有相似的存活率。

在模擬的火星太陽輻射(254nm紫外光)下,B。subtilis保留了與孢子萌發有關的代謝過程、並且產生生物特徵分子的潛力。另外,在多種模擬因素:高UV輻射、低壓、低溫和大氣CO2,同時施加給B。subtilis24小時,16。7%能保持生長代謝。B。pumilus的孢子黑暗狀態下,在宇宙空間和模擬的環境中能存活18個月。

在力拓河階地沉積物中,有機化合物的天體生物學意義

Bacillus對於尋找高UV輻射、乾旱的紅色星球上的、尤其是蒸發鹽環境中的生命可能性具有重要意義。但是同時,避免以Bacillus為代表的細菌被攜帶至其他星球的研究也十分迫切。一旦Bacillus等微生物在其他星球的適宜環境下萌發,不僅會汙染其他星球,而且還會為人類尋找地外生命提供干擾。

生命的萌發以及後續的生長需要液態水的參與。如果在火星上尋找生命痕跡,那麼蒸發鹽環境或地下可能的滷水、永凍土中的滷水包裹體很可能是生命最可能的棲息地(Nagleretal。2016)。現代力拓河的環境條件可能類似於火星諾亞紀時期的子午線平原,而沉積下來的岩石礦物於子午線平原發現的礦物型別也具有相似性。

由於極端酸性的力拓河中存在大量能代謝鐵和硫化物礦物的微生物,因而是天體生物學研究的熱點。火星表面廣泛分佈含水礦物的露頭,粘土礦物和硫酸鹽是常見的礦物相。

火星著陸器勇氣號和機遇號上的小型熱衍射譜儀在子午線平原發現了形成於諾亞紀的含鐵硫酸鹽(Ca,Mg,和Fe)岩石露頭和碳酸鹽物質。

在力拓河階地沉積物中,有機化合物的天體生物學意義

歐洲航天局火星快車(MarsExpress)任務OMEGA(利用可見近紅外光譜對礦物、水和冰進行探測)也在子午線平原探測到了硫酸鎂、石膏以及多水硫酸鹽礦物特徵,包括黃鉀鐵礬。黃鉀鐵礬的發現意味著子午線平原可能有過淺表水流動、蒸發和乾旱的過程。

這是火星表面水活動的礦物證據,而且是在含硫酸鹽的酸性水環境。並且,歷史上還可能存在火山作用引起的礦物-熱液系統,是溼潤、酸化古環境的證據,但後面緊接著就是長期的乾旱過程,那麼在火星曆史上可能有支援生命的時期。

力拓河位於西班牙南部的伊比利亞黃鐵礦脈,河水從源頭PeadeHierro山區起則保持高度酸性(pH≈2。3)和重金屬濃度高的特點。前人研究發現大量微生物(如鐵氧化菌)參與了河流中黃鐵礦的氧化,使力拓河中含有大量鐵硫酸鹽(包括黃鉀鐵礬)、氧化物和三價鐵離子。

這些沉積礦物類似於火星子午線平原發現的岩石露頭的礦物成分,因此是其良好類比研究物件。其次,現代力拓水系可以觀察到活躍的沉積過程、歷史上的沉積記錄也在河流三級階地中儲存下來。

在力拓河階地沉積物中,有機化合物的天體生物學意義

這種古代和現代沉積物的結合有助於將力拓河沉積與火星子午線平原的地質、物理環境進行比較,以完善對子午線平原從古至今的地質過程分析(Fernández-Remolaretal。2005)。因此,力拓河水系中儲存了成巖記錄以及分子化石的階地沉積,是探索子午線平原是否有生命儲存可能性的類比研究物件。

力拓河三級階地形成於極端酸性的水環境,儲存了成巖過程中古環境中的群落結構、生物多樣性、本地與外來的生物資訊。酸性的力拓河沉積物富含黃鐵礦、奈米鐵氧化物沉澱。多種礦物隨季節性沉澱下來,影響分子化石儲存的主要為奈米鐵氧化物、分選差的針鐵礦。

鐵氧化物一直被認為是可以儲存植物結構化石的介質。力拓河中生物多樣性豐富,以真核生物為主,其次為鐵氧化菌。前人對現代力拓河中類脂與脂肪酸的研究表明,沉積物以及河水中存在豐富的藻類和真菌,而原核生物佔10-32%。光合自養型真核生物是優勢物種。

三級階地中,傅立葉紅外分析檢測到了酯類、直鏈烷烴、脂質、胺類以及脂肪族有機化合物。古階地沉積中儲存的有機物,部分來源於河流歷史中的嗜酸微生物,微生物的殘留儲存在鐵硫酸鹽和鐵氧化物中。

在力拓河階地沉積物中,有機化合物的天體生物學意義

透過ToF-SIMS的分析,從質譜資料和離子分佈圖中識別了樣品中儲存的鏈狀碳氫化合物、芳香族化合物、類萜、酯質、脂肪酸等有機化合物。短鏈正構烷烴來源於微生物膜的降解或後沉積過程。

烯烴基屬於不飽和鏈狀碳氫化合物,可能與多種過程有關,很可能來自植物和微生物臘的脫羧代謝造成的脂肪酸降解。來自於類萜化合物的分子片段可能由高等真核生物產生,脂肪酸來自力拓河古環境中微生物的貢獻。