Livsprocesser i hydrotermala system? Nils Holm Institutionen för geologi och geokemi Stockholms universitet

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

Komponenter i systemet Jorden IODPInitialSciencePlan

Meteoritnedslag slog kanske ut det tidigaste livet

Några gamla idéer om tillgängliga energikällor på Jorden

C. German Plattkantsgränser i djuphavet

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) 2 SiO 4 Pyroxener Ca(Mg,Fe)Si 2 O 6 augit (Mg,Fe)SiO 3 hypersten (Mg,Fe)SiO 3 hypersten Amfibol Ca 2 (Mg,Fe) 5 Si 8 O 22 (OH) 2 hornblende Dessa mineral är också vanliga i kosmiskt damm!!

Vittringsbenägenhet hos olika mineral

Serpentinisering av olivin 5Mg 2 SiO 4 + Fe 2 SiO 4 + 9H 2 O = olivin olivin 3Mg 3 Si 2 O 5 (OH) 4 + Mg(OH) 2 + 2Fe(OH) 2 serpentin brucit serpentin brucit 3Fe(OH) 2 = Fe 3 O 4 + H 2 + 2H 2 0 magnetit väte magnetit väte

Den vätgasdrivna ’djupbiosfären’ Pedersen, 2000

Methanococcus jannaschii En extremt thermofil arké Upptäckt ~1983 CO 2 + 4H 2 CH 4 + 2H 2 O

Livets tre ’kungariken’

Fischer-Tropschsyntes I Den industriella processen: CO + H 2  organiska ämnen koloxid väte I närvaro av olika metaller och metalloxider Fe or ZnO(+Fe 2 O 3, Cr 2 O 3 ) ZnO+Cr 2 O 3  raka alkoholer ZnO+ Fe 2 O 3  raka kolväten Hägg, 1966

Fischer-Tropschsynthes II Inom geokemin används termen ’Fischer- Tropschsynthes’ ofta – men felaktigt – för att beskriva för hur metangas kan bildas direkt från koldioxid och vätgas: Inom geokemin används termen ’Fischer- Tropschsynthes’ ofta – men felaktigt – för att beskriva för hur metangas kan bildas direkt från koldioxid och vätgas: CO 2 + 4H 2  CH 4 + 2H 2 O magnetit

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

Vätgas och metan i några hydrotermala källor område bergartT  C pH H 2 (mmol/kg) CH 4 (mmol/kg) Lost City peridotit  N +gabbro ( Kelley et al, 2001) Rainbow peridotit  14’N +gabbro (Donval et al.,1997) Lucky Strike basalt  17’N (Charlou et al., 2000)

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

Beståndsdelarna i RNA (ribonucleic acid) Schwartz, 1998

Cyanväte kan bilda aminosyror och de kvävebaser som ingår i RNA och DNA Ferris, 1984 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

Pentosbildning i närvaro av borat Ricardo et al., 2004

C. German Plattkantsgränser i djuphavet

En jordskorpeplattas oceaniska del konsumeras i en subduktionszon

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

Oceanbottenplatta från nybildning till uppsmältning

Sammansättning av porvattnet i sediment från South Chamorro Seamount Mottl et al., 2003

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