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

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

Komponenter i systemet Jorden IODP Initial Science Plan

Meteoritnedslag slog kanske ut det tidigaste livet

Några gamla idéer om tillgängliga energikällor på Jorden

Plattkantsgränser i djuphavet C. German

Djuphavsbottnarnas uppbyggnad

Oceanbottenplatta från nybildning till uppsmältning

Cirkulation av havsvatten genom jordskorpan i djuphavsbottnarna Degens, 1989

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

Huvudsakliga flöden av vatten i jordskorpan

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

En jordskorpeplattas oceaniska del konsumeras i en subduktionszon

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!!

Vittringsbenägenhet hos olika mineral

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

Den vätgasdrivna ’djupbiosfären’ Pedersen, 2000

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

Livets tre ’kungariken’

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

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

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

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

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

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

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

Plattkantsgränser i djuphavet C. German

Vätgas och metan i några hydrotermala källor område bergart TC pH H2(mmol/kg) CH4(mmol/kg) Lost City peridotit 90 10-12 15 1-2 30N +gabbro (Kelley et al, 2001) Rainbow peridotit 350 3-4 13.0 2.5 3614’N +gabbro (Donval et al.,1997) Lucky Strike basalt 308-324 3.8-6.4 0.04-0.72 0.3-0.7 3717’N (Charlou et al., 2000)

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

Subduktionszonen i Marianergraven

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

En jordskorpeplattas oceaniska del konsumeras i en subduktionszon

Oceanbottenplatta från nybildning till uppsmältning

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

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

Beståndsdelarna i RNA (ribonucleic acid) Schwartz, 1998

Hsiao et al., 2009

Hsiao et al., 2009

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

Brucitstrukturen

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

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

Pentosbildning i närvaro av borat Ricardo et al., 2004

Mars – den röda planeten

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

Var bildas metan på Mars?

Olympus Mons – största vulkanen i vårt solsystem

Jupiters måne Europa

Europas isyta

Issprickor av olika ålder

Planer för framtiden

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!