Ζεστή λάσπη και ψυχρές υποθαλάσσιες πηγές
Ακόμα μαθαίνουμε για την καταπληκτική ζωή γύρω από τις θερμές πηγές στο βυθό της βαθιάς θάλασσας- όμως και για άλλα είδη υδροθερμικών συστημάτων που είναι ακόμη πιο μυστηριώδη. Ο James Bell περιγράφει τις πρόσφατες εργασίες για τους μοναδικούς οργανισμούς που ζουν εκεί.
Μπορεί να έχετε δει υποβρύχια βίντεο με του πανύψηλους πυλώνες των βαθέων υδάτων, όπου αναδύεται σούπερ-καυτό μαύρο νερό, και καλύπτεται με περίεργα λευκά καβούρια ή έντονους κόκκινους σωληνοσκώληκες σε προγράμματα όπως το The Blue Planet. Αυτές είναι υδροθερμικές αναβλύσεις, συχνά θεωρούνται μια από τις μεγαλύτερες επιστημονικές ανακαλύψεις στον φυσικό κόσμο.
Αλλά το εντυπωσιακό, είναι τα φουγάρα από τα υδροθερμικά οικοσυστήματα δεν είναι μόνα στη βαθιά θάλασσα. Γνωρίζουμε πολύ λιγότερο για το τι συμβαίνει όταν ζεστό νερό από βαθιά μέσα στη Γη διασχίζει τον λασπώδη βυθό στα λεγόμενα ''diffuse-flow''ή αναβλύσεις διάχυτης ροής. Εδώ, αναμιγνύεται με κρύο νερό της θάλασσας κάτω από το βυθό της θάλασσας, πράγμα που σημαίνει ότι δεν αποτελεί την εικονική καμινάδα, επειδή το νερό κρυώνει πάρα πολύ αργά- αλλά και ότι αυτά τα οικοσυστήματα φιλοξενούν εντελώς διαφορετικούς οργανισμούς.
Η σημαντική διάκριση μεταξύ των υδροθερμικών πηγών και αναβλύσεων διάχυτης ροής είναι πόσο διαφορετικές είναι από το υπόλοιπο του πυθμένα των βαθέων υδάτων. Μακριά από μεσο-ωκεάνιες κορυφογραμμές και τάφρους, τα περισσότερα οικοσυστήματα των βαθέων υδάτων συναντώνται σε μια ατελείωτη πεδιάδα με παχιά, μαλακή λάσπη. Οι περισσότεροι οργανισμοί του βυθού έχουν προσαρμοστεί σε αυτό το περιβάλλον, τρώγοντας σωματίδια που βυθίζονται κάτω από την επιφάνεια.
Αντίθετα, οι υδροθερμικές καμινάδες είναι σκληρές και ακανόνιστες, γι 'αυτό είναι δύσκολο οι οργανισμοί που έχουν προσαρμοστεί σε λάσπη να ζήσουν εκεί. Ομοίως, οι οργανισμοί που προσαρμόζονται στις καμινάδες δεν μπορούν να ζήσουν αλλού. Οι αναβλύσεις διάχυτης ροής και οι ψυχρές πηγές μοιάζουν περισσότερο με συστήματα που ζουν σε κανονικές συνθήκες βαθέων υδάτων.
Εξακολουθούν να φιλοξενούν εξειδικευμένους οργανισμούς και ζώα, όπως τα γιγαντιαία μύδια βαθιάς θάλασσας, αλλά είναι πολύ πιο εύκολο για τα άλλα βαθιά πλάσματα της θάλασσας να επωφεληθούν από τα επιπλέον τρόφιμα που παράγονται. Αυτό έχει ένα-δυο ενδιαφέροντα αποτελέσματα. Πρώτον, προωθεί την ποικιλομορφία και την αφθονία της ζωής δεύτερον, αυτό σημαίνει ότι τα ζώα είναι πολύ πιο δραστικά από ότι στα κανονικά ιζήματα βαθιάς θάλασσας - και αυτό έχει συνέπειες για ολόκληρο το κλίμα μας.
Στα περισσότερα μέρη της Γης, όλη η ενέργεια που απαιτείται για τη ζωή προέρχεται από τον Ήλιο, την οποία χρησιμοποιούν τα φυτά για τη δημιουργία της ζάχαρης μέσω της φωτοσύνθεσης. Αλλά στις καμινάδες βαθέων υδάτων, το νερό χαρακτηρίζεται από ειδικές ενώσεις, τις οποίες τα βακτήρια μπορούν να χρησιμοποιήσουν για να καθορίσουν την ενέργεια χωρίς την ανάγκη για το φως του ήλιου - μια διαδικασία γνωστή ως chemosynthesis(σύνθεση υδατανθράκων από το διοξείδιο του άνθρακα και το νερό). Η ενέργεια παρέχεται από το ξεκλείδωμα αποθηκευμένης ενέργειας στους χημικούς δεσμούς των ενώσεων αυτών, όπως το υδρόθειο, ή το μεθάνιο.
Οι θερμοκρασίες στις οπές διάχυτης ροής είναι περίπου 40-50°C πάνω από την κανονική, κατώτερη όμως από τις καμινάδες (όπου μπορεί να φθάσει τους 400°C), αλλά δεν είναι όλα τα χημειοσυνθετικά περιβάλλοντα ζεστά. Η χημειοσύνθεση μπορεί επίσης να εμφανιστεί σε εντελώς κανονικές θερμοκρασίες βαθέων υδάτων, σε περιοχές όπου υπάρχουν υδρογονάνθρακες όπως το μεθάνιο κάτω από τον βυθό της θάλασσας - στις λεγόμενες ''ψυχρές πηγές'' υποθαλάσσια μέρη που είναι πολύ σημαντικά για το κλίμα.
Όσον αφορά τον άνθρακα που μετατρέπεται σε βραχώδεις σχηματισμούς,τι σημαίνει αυτό για το κλίμα; Ένας από τους σημαντικότερους τρόπους με τους οποίους η υπερπροσφορά σε διοξείδιο του άνθρακα αφαιρείται από την ατμόσφαιρα είναι από τα φυτά στην επιφάνεια των ωκεανών, μερικά από τα οποία βυθίζονται στον πυθμένα της θάλασσας. Όταν φτάσουν εκεί, τα ζώα που ζουν στο βυθό της θάλασσας το τρώνε, και με αυτό τον τρόπο αναμιγνύεται με το ίζημα και ο άνθρακας κλειδώνεται κάτω στη λάσπη, όπου θα γίνει τελικά βράχος σαν κιμωλία ή ασβεστόλιθος.
Οι αεραγωγοί διάχυτης ροής και οι ψυχρές πηγές προσελκύουν πολλά ζώα, επειδή υπάρχει περισσότερη τροφή εκεί. Αυτό σημαίνει ότι το ίζημα δυνητικά μπερδεύεται πολύ πιο γρήγορα, έτσι ο άνθρακας θα μπορούσε να αφαιρεθεί από τους ωκεανούς πιο γρήγορα. Μέχρι το ίζημα να θαφτεί και την πορεία του προς σχηματισμό ενός βράχου, τα πολύ ταραγμένα νερά που ονομάζονται βενθικές καταιγίδες μπορεί να το ανακατέψουν και πάλι και να στείλουν τον άνθρακα πίσω προς την επιφάνεια.
Ο φλοιός της Γης είναι μία απόλυτη μακροχρόνια δεξαμενή άνθρακα και για να κατανοήσουμε το κλίμα μας, πρέπει να γνωρίζουμε πώς ο άνθρακας φθάνει εκεί από την ατμόσφαιρα.
Έχουμε μια ιδέα για το πώς αυτό θα μπορούσε να λειτουργήσει, αλλά καμία πραγματική αίσθηση του πόσο σημαντικό είναι σε αυτά τα οικοσυστήματα σε παγκόσμιο επίπεδο. Ανάμεσα στα μεγάλα ερωτήματα που προσπαθούμε να απαντήσουμε είναι το πόσο γρήγορα ο άνθρακας θάβεται, και πόσο από αυτόν προήλθε αρχικά από την ατμόσφαιρα - κάποιο μέρος από αυτό δεν έχει έρθει από την καύση ορυκτών καυσίμων και ένα μέρος θα έχει παραχθεί από τα τοπικά βακτήρια. Αν μπορούμε να μετρήσουμε πόσο γρήγορα ο άνθρακας από την ατμόσφαιρα θάβεται, θα έχουμε μια καλύτερη εικόνα για το πώς οι ωκεανοί μπορεί να αλλάξουν στο μέλλον.
Έτσι, πώς μπορούμε να απαντήσουμε στα ερωτήματα αυτά; Κατ 'αρχάς, θα πρέπει να έχουμε ένα πλοίο, να το στείλουμε στο Νότιο Ωκεανό με μια ομάδα βιολόγων και γεωχημικών για τη συλλογή δειγμάτων από ορισμένα από αυτά τα οικοσυστήματα.
Το επόμενο στάδιο είναι να δούμε τα ζώα σε αυτά τα δείγματα πως εργάζονται έξω και τι ακριβώς κάνουν. Συχνά, η διαφορά μεταξύ των δύο ειδών είναι πολύ μικρή και, πολύ πιθανόν άγνωστη στην επιστήμη συνολικά, αλλά αυτό είναι ένα ζωτικής σημασίας βήμα προς την κατανόηση της ποικιλομορφίας των ζώων που υπάρχουν. Εμείς αναπόφευκτα θα εντοπίσουμε νέα είδη αυτό συνεπάγεται αλληλουχία του DNA τους και θα περιγράψουμε τη φυσική τους μορφή με λεπτομέρεια. Αυτό είναι σημαντικό έργο για τη διατήρηση - δεν μπορούμε να προστατεύσουμε τα είδη από την εξαφάνιση μέχρι να τα έχουμε ανακαλύψει και να κατανοήσουμε τη διανομή τους.
Τα περισσότερα από τα είδη που έχουμε βρει είναι μικρά, κατακερματισμένα σκουλήκια που ονομάζονται πολύχαιτα, δεν διαφέρουν πολύ από τα σκουλήκια του κήπου μας, αλλά υπάρχουν επίσης πολλά μύδια και οστρακοειδή. Τα ζώα για τα οποία ενδιαφέρομαι είναι πολύ μικρά, συνήθως όχι περισσότερο από μερικά χιλιοστά, αλλά υπάρχουν τόσα πολλά από αυτά που μπορούν να κάνουν μια μεγάλη διαφορά στο βυθό της θάλασσας.
Μόλις έχουμε εντοπίσει και υπολογίσουμε όλα τα δείγματα, μπορούμε να αρχίσουμε την κατασκευή ενός τροφικού πλέγματος. Για να γίνει αυτό, χρησιμοποιούμε στοιχεία άνθρακα, αζώτου και θείου, τα οποία φυσικά λαμβάνουν διάφορες μορφές με διαφορετικά ατομικά βάρη, που ονομάζονται ισότοπα. Τα ισότοπα ενός στοιχείου στο σώμα ενός ζώου αποτελούν μια μοναδική υπογραφή που βασίζεται στην διατροφή του, να μας επισημαίνει τη θέση του στην τροφική αλυσίδα.
Χρησιμοποιώντας τα δεδομένα που παίρνουμε από τη μέτρηση της ισοτοπικής υπογραφής τους, μπορούμε να φτιάξουμε ένα μοντέλο για το πώς αλληλεπιδρούν μεταξύ τους, όσο και με το φυσικό τους περιβάλλον, για παράδειγμα, πώς ο άνθρακας κινείται μέσα στο οικοσύστημα.
Η μοντελοποίηση της ανακύκλωσης του άνθρακα στο μαλακό ίζημα σε χημειοσυνθετικά οικοσυστήματα είναι μια εντελώς νέα όψη της θαλάσσιας έρευνας. Οι επιστήμονες σε όλο τον κόσμο μόλις έχουν αρχίσει να ερευνούν αυτό τον τομέα και ακόμα δεν ξέρουν τι πρόκειται να βρουν. Μέρος του τι κάνει το έργο τόσο ενδιαφέρον είναι ότι περιλαμβάνει ένα ευρύ φάσμα της οικολογικής έρευνας-από το ενδεχόμενο να ανακαλύψουν καινούργια είδη, μέσα από την εξεύρεση πώς αυτά τα ζώα αλληλεπιδρούν με το περιβάλλον τους και την σχέση τους με την κλιματική αλλαγή. Τι εμπνέει είναι η ευκαιρία να εξερευνήσουμε μια πτυχή του κόσμου για πρώτη φορά, και να μάθουμε πράγματα που κανείς δεν ήξερε πριν.
Γεωδίφης
Πηγή-James Bell υποψήφιος διδάκτορας στο Πανεπιστήμιο Leeds και το Μουσείο Φυσικής Ιστορίας.