Livsprocesser i hydrotermala system?

En presentation över ämnet: "Livsprocesser i hydrotermala system?"— Presentationens avskrift:

1 Livsprocesser i hydrotermala system?
Nils Holm Institutionen för geologiska vetenskaper Stockholms universitet

2 Liv kan karaktäriseras med fyra egenskaper
Replikationsförmåga (självreproduktion) Behov av energi och katalysförmåga (metabolism) Mutationsförmåga Avgränsning mot omvärlden med hjälp av membran Löses bäst med kolkemi i flytande vatten som medium

3 Komponenter i systemet Jorden
IODP Initial Science Plan

4 Meteoritnedslag slog kanske ut det tidigaste livet

5 Några gamla idéer om tillgängliga energikällor på Jorden

6 Plattkantsgränser i djuphavet
C. German

7 Djuphavsbottnarnas uppbyggnad

8 Oceanbottenplatta från nybildning till uppsmältning

9 Cirkulation av havsvatten genom jordskorpan i djuphavsbottnarna
Degens, 1989

10 ’Svarta rökare’ i djuphaven på Jorden
Courtesy Delaney and Robigou

11 Huvudsakliga flöden av vatten i jordskorpan

12 Vatten circulerar genom havsbotten under lång tid efter att den bildats
Edwards, Bach and McCollom, 2005

13 En jordskorpeplattas oceaniska del konsumeras i en subduktionszon

14 Olika järnhaltiga mineral i djuphavsbottnarna
Olivin (Mg,Fe)2SiO4 Pyroxener Ca(Mg,Fe)Si2O6 augit (Mg,Fe)SiO3 hypersten Amfibol Ca2(Mg,Fe)5Si8O22(OH)2 hornblende Dessa mineral är också vanliga i kosmiskt damm!!

15 Vittringsbenägenhet hos olika mineral

16 Serpentinisering av olivin
5Mg2SiO4 + Fe2SiO4 + 9H2O = olivin 3Mg3Si2O5(OH)4 + Mg(OH)2 + 2Fe(OH)2 serpentin brucit 3Fe(OH)2 = Fe3O4 + H2 + 2H20 magnetit väte

17 Den vätgasdrivna ’djupbiosfären’
Pedersen, 2000

18 Methanococcus jannaschii En extremt thermofil arké Temp max 94C
opt 85C Upptäckt ~1983 CO2 + 4H2 <-> CH4 + 2H2O

19 Livets tre ’kungariken’

20 Fischer-Tropschsyntes I
Den industriella processen: CO + H2  organiska ämnen koloxid väte I närvaro av olika metaller och metalloxider Fe or ZnO(+Fe2O3, Cr2O3) ZnO+Cr2O3  raka alkoholer ZnO+ Fe2O3  raka kolväten Hägg, 1966

21 Fischer-Tropschsyntes II
Inom geokemin används termen ’Fischer-Tropschsyntes’ ofta – men felaktigt – för att beskriva för hur metangas kan bildas direkt från koldioxid och vätgas: CO2 + 4H2  CH4 + 2H2O (Sabatierreaktion) magnetit

22 Gashydrat polyedrar; den vanligaste - 512-’buren’ koordinerar 20 syreatomer

23 Metanmolekyl adsorberad i ett mellanskikt i smektitlera
Sposito et al., 1999

24 Löst NO3- i porvatten från ODP Leg 201
‘NO3- och NO2- omvandlas snabbare till NH4+ än N2, speciellt i närvaro av metalliskt Fe och Ni’ Smirnov et al., 2008

25 Karbonatupplösning över topografiska höjder i ekvatoriella Stilla havets berggrund
Bekins et al., 2007

26 Nitrit och nitrat reduceras till ammonium i närvaro av elementärt Fe och Ni
Smirnov et al., 2008

27 Plattkantsgränser i djuphavet
C. German

28 Vätgas och metan i några hydrotermala källor
område bergart TC pH H2(mmol/kg) CH4(mmol/kg) Lost City peridotit 30N gabbro (Kelley et al, 2001) Rainbow peridotit 3614’N +gabbro (Donval et al.,1997) Lucky Strike basalt 3717’N (Charlou et al., 2000)

29 Raka kolväten i hetvatten (364C) från Rainbows hydrotermalfält i Atlanten
Holm and Charlou, 2001

30 Subduktionszonen i Marianergraven

31 Marianergraven i västra
Stilla havet (Mottl et al., 2003)

32 En jordskorpeplattas oceaniska del konsumeras i en subduktionszon

33 Oceanbottenplatta från nybildning till uppsmältning

34 Sammansättning av porvatten i lervulkanen South Chamorro Seamount
Mottl et al., 2003

35 Sammansättning av porvattnet från South Chamorro Seamount (forts)
Mottl et al., 2003

36

37 Beståndsdelarna i RNA (ribonucleic acid)
Schwartz, 1998

38 Hsiao et al., 2009

39 Hsiao et al., 2009

40 Mg(II) kan inkorporera syreatomer i oxyanioner in i sitt inre hydreringsskal

41 Brucitstrukturen

42 Det vanligaste Mg2+-komplexet bildas med syre i - and γ-PO4

43 Cyanväte kan bilda aminosyror och de kvävebaser som ingår i RNA och DNA
Alla de biologiskt viktiga purinerna finns i relativt höga mängder i kolhaltiga meteoriter (carbonaceous chondrites) , men bara en pyrimidin (uracil) har hittats - och det i mycket lägre koncentrationer Ferris, 1984

44 Pentosbildning i närvaro av borat
Ricardo et al., 2004

45 Mars – den röda planeten

46 Oliviner vid foten av Syrtis Major-vulkanen på planeten Mars
Hoefen et al., 2003

47 Var bildas metan på Mars?

48 Olympus Mons – största vulkanen i vårt solsystem

49 Jupiters måne Europa

50 Europas isyta

51 Issprickor av olika ålder

52 Planer för framtiden

53 Liv bortom Jorden? Personliga slutsatser:
Kanske kan livsprocesserna bara komma igång om det finns någon typ av platt-tektonik Liv på Mars – nja, kanske Europa – knappast, men möjlighen finns Liv på exoplaneter – fullt möjligt!