Syvänmeren savuttajat: kuin vieraalla planeetalla

lossy-page1-1280px-east_scotia_ridge_-_plos_biol_04-tif
Valkoisia rapuja ja nilviäisiä mustan savuttajan savupiipuilla. Paikan nimi on Ivory Tower. Kuva: Rogers ym. 2012/Plos Biology.

Oli varmaan yksi tieteenhistorian tyrmistyneimmistä hetkistä, kun sukellusvene DSV Alvinin valot ensi kertaa osuivat syvänmeren vulkaaniseen purkausaukkoon helmikuun 17. päivänä vuonna 1977. Tiedettiin, että merenpohjasta voi pulputa kuumaa, metallipitoista vettä, mutta kukaan oli tuskin osannut edes uneksia, että sen luona olisi elämää.

Mutta siellä ne olivat. Mikrobeja kasvoi paksuna mattona mustana savuavan aukon ympärillä, ja niiden yllä huojuivat jättiläiskokoiset putkimadot kuin puutarhaletkun pätkät. Sittemmin samanlaisia vulkaanisia syvänmeren keitaita on löydetty eri puolilta maailmaa. Niissä elää melkoinen ihmeiden eläintarha – elämää on jopa satatuhatta kertaa tiuhemmassa kuin ympäröivällä merenpohjalla, joskus kasoiksi saakka. Lajit ovat outoja, ja niin ovat maisematkin. Siitä kertovat savuttajille annetut mielikuvitukselliset nimet: Loki’s Castle, Eel City, Magic Mountain.

distribution_of_hydrothermal_vent_fields
Maailman tunnetut savuttajat. Kuva: DeDuijn / Wikipedia. CC 4.0-lisenssi.

Parin kilometrin syvyydessä on säkkipimeää, paine on musertava ja meriveden lämpötila on noin kaksi astetta. Savuttajien, tai virallisemmin hydrotermisten purkausaukkojen, veden lämpötila sen sijaan vaihtelee 60 aina 464 asteeseen saakka. Kovan paineen alla vesi ei voi kiehua tai kaasuuntua, vaan kuumimpien savuttajien vesi on ylikriittistä: se on aineen olomuoto jostain nesteen ja kaasun väliltä.

Kun lisäksi veden happamuus eli pH-arvo voi olla etikan luokkaa ja happikin on vähissä, voisi luulla savuttajien olevan elämälle vihamielinen ympäristö. Kaikkea muuta! Anhydriitti-mineraalista ja metalleista muodostuneiden korkeiden savupiippujen ympärillä kasvaa paksuina mattoina kemoautotrofisia bakteereja ja arkeoneja. Ne tuottavat kasvien tapaan oman ravintonsa, mutta käyttävät energianlähteenä auringonvalon sijaan rikkiyhdisteitä, kuten vetysulfidia. Sekin on myrkyllistä useimmille eliöille.

Submarine Ring of Fire 2006: May 11 Log
Kielikampela ui rapujen yllä. Kuva: NOAA Ocean Explorer.

Mikrobimatolla laiduntavat katkat ja hankajalkaiset. Niiden ympärillä on kokonainen ravintoverkko: merietanoita, kotiloita, katkarapuja, välipyrstörapuja, siimajalkaisia, putkimatoja, merivuokkoja, simpukoita, mustekaloja, nivelmatoja…. ja kaloja. Savuttajien kalastoon kuuluvat kivinilkkojen (Zoarciidae), partanilkkakalojen (Ophidiiformes) ja petoankeriaiden (Synaphobranchidae) eri lajit. Epätavallinen lisäys on kielikampeloihin kuuluva Symphurus thermophilis, jota ei tavata missään muualla kuin Tyynenmeren Aasian reunan savuttajilla.

Kielikampela näyttää olevan melkoinen teräskala, ja erityisen mieltynyt rikkiin. Se voi löytyä makaamasta sulan rikkilammikon päällä, missä sitä erottaaa 180-asteisesta rikistä ainoastaan pinnalla oleva ohut kiinteä kuori. pH-arvo tällä paikalla on noin 2, eli kala makaa periaatteessa rikkihapossa. Selvästi elinpaikka ei ole kampelalle mikään ongelma, sillä otuksia on laskettu lähes 400 yksilöä neliömetrillä.

Kielikampelan arvellaan syövän rikkiyhdisteitä hajottavaa mikrobimattoa sellaisenaan. Maistuvat sille myös kuolleet kalat. Normaalit kalat nimittäin usein kuolevat, jos ne erehtyvät uimaan savuttajasta kohoavaan kuumaan savupilveen. Oletettavasti ne vajoavat pohjalle valmiiksi keitettyinä.

riftia_tube_worm_colony_galapagos_2011
Jättiläisputkimatoja Galapagossaarten lähellä. Kuva: NOAA Photo Library / Flickr. CC 2.0-lisenssi.

Kaikkien savuttajien asukkaiden ei tarvitse edes syödä. Yli kaksimetrisiksi kasvavilla jättiläisputkimadoilla ei edes ole suuta tai ruoansulatuselimistöä. Sen sijaan niiden sisukset ovat täpötäynnä kemosynteettisiä bakteereja. Matojen punaiset hapsut sisältävät runsaasti hemoglobiinia, kuten muidenkin savuttajien eläinten hengityselimet. Madoilla hemoglobiinin määrän tarkoitus ei kuitenkaan ole pelkästään siivilöidä elimistöön tarpeeksi happea vetysulfidin määrästä huolimatta, vaan nimenomaan kerätä vetysulfidia. Sen se toimittaa symbioottisten bakteeriensa ravinnoksi ja saa vastalahjaksi sokereita ravinnokseen.

Monenlaisia muitakin kummia elintapoja savuttajien eläimiltä on löydetty, vaikka niitä on tarkkailtu parhaassakin tapauksessa pintapuolisesti. Intian valtameren savuttajilla esiintyvä rautaetana (Chrysomallon squamiferum) rakentaa ympärilleen haarniskan kirjaimellisesti raudasta. Sillä se suojautuu muiden paikalla elävien etanoiden myrkylliseltä raastinkieleltä – kuin suoraan scifitarinasta!

Meksikon edustalla sijaitsevalta savuttajalta, 2,5 kilometrin syvyydestä, löytyi jotain vielä kummempaa: bakteeri, joka yhteyttää valoa. Auringonvaloa ei tietenkään pääse lähimainkaan näihin syvyyksiin, mutta Chlorobiaceae-heimon bakteeri käyttää valonlähteenään savuttajan heikkoa hehkua. Kyseessä on siis auringosta riippumaton fotosynteesi: kukapa olisi arvannut. Eivät Chlorobiaceae-bakteerit muutenkaan ole ihan normaaleimmasta päästä. Ne käyttävät veden sijaan yhteyttämisessään sulfideja tai rautaa, eivätkä siedä happea. Ne vaikuttavat eläviltä muistoilta maapallon alkuajoista.

Alkuajoilta tosiaan. Savuttajat ovat vahva ehdokas elämän alkamispaikaksi maapallolla. Eivät kuitenkaan mustat sellaiset: ne käyvät liian lyhyen aikaa, usein vain vuosikymmeniä. Sen jälkeen kylmenneen savupiipun eläinten on lähdettävä etsimään uutta kotia, eikä aika varmaankaan olisi riittänyt elämän syntymiseen.

1280px-champagne_vent_white_smokers
Valkoinen savuttaja. Kuva: NOAA Ocean Exlorer.

Sen sijaan valkoiset savuttajat ovat vahvempi ehdokas. Ne sylkevät sisuksistaan tumman, happaman rautaveden sijaan bariumia, kalsiumia ja piitä. Niiden vesi on emäksistä, ja ne ovat käynnissä pidempään. Huokoinen savupiippu, jossa alhaalta ylös kulkee gradientti sekä lämpötilan, happamuuden että metallipitoisuuden suhteen, tuottaa monenlaisia orgaanisia yhdisteitä, jotka olisivat voineet toimia elämän rakennuspalikoina, esittivät William Martin ja Michael Russell kollegoineen ensi kertaa vuonna 2002.

Savuttajat syntyvät planeetan sisäisestä lämmöstä. Niiden elämä ei ole riippuvaista auringonvalosta, eivätkä sitä paljon hetkauta planeetan pinnalla sattuvat katastrofit. Vaikka Maapallo paiskattaisiin radaltaan tähtienväliseen avaruuteen ja pinta jäätyisi umpeen, elämä säilyisi savuttajien ympärillä ehkä vuosimiljoonia. Lopulta valtameret kuitenkin jäätyisivät pohjaa myöten, eikä savuttajien ympärillä kyyhöttävillä eliöillä enää olisi keinoa päästä uusille elinpaikoille, kun niiden purkausaukko aikanaan sammuu.

Jos savuttajat ovat potentiaalinen elämän alkamispaikka, olisivatko ne voineet toimittaa samaa roolia muilla taivaankappaleilla? Marsissa lienee ollut savuttajia silloin, kun siellä vielä oli paitsi vulkaanista toimintaa, myös valtameri. Saturnusta kiertävällä Enceladus-kuulla ja Jupiteria kiertävällä Europalla sellaisia on todennäköisesti vieläkin, suuressa jäänalaisessa valtameressä. Ovatkohan ne autioita vai kuhisevan elämän peitossa?


Aikaisempia tekstejä syvänmeren eliöistä:

Viikon outo eläin: rautaetana (6.11.2013)

Merenkuninkaan saleissa (20.3.2012)

Lähteitä ja lisätietoa:

Wikipedia: Hydrothermal vent, Giant tube worm, Symphurus thermophilus (kielikampela), Scaly-foot gastropod.

NOAA Ocean Explorer: Galapagos Rift. Matkapäiväkirja tutkijoiden retkestä Galapagossaarten savuttajien luo vuonna 2002.

MBARI: Discovery of the ”yeti crab”. Uutinen vuonna 2005 löydetystä ”jetiravusta”, joka kuuluu tieteelle kokonaan uuteen heimoon.

Martin ym. 2008: Hydrothermal vents and the origin of life. Nature Reviews. (pdf, kokonaan luettavissa)

Schmidt Ocean Institute: Hydrothermal exploration of the mid-Cayman Rise – From the deep sea to Europa.

BBC Earth: Europa may be home to alien life.

 

Mainokset

5 vastausta artikkeliin “Syvänmeren savuttajat: kuin vieraalla planeetalla”

  1. En erikseen käy kommentoimassa kaikki artikkeleita, vaikka niitä luenkin ja imen tietoa kuin sieni, kaikki on niin valtavan mielenkiintoista! Tähän rinnalle vielä Netflixistä The Blue Planet, Cosmos: A Spacetime Odyssey sekä BBC:n Life, niin on aika kiva paketti kasassa <3 Miksi ihmeessä etsitään elämää toisilta planeetoilta, kun omassakin on niin hurja määrä kaikkea uskomatonta!

    Olen lähdössä Las Vegasiin sekä tutustumaan Grand Canyoniin ja mietin, mitä kaikkea mielenkiintoista siellä elelee tai on elellyt. Olisiko mitenkään mahdollista saada sinulta artikkelia asioista, jotka eivät ihan perus wikipediaselailulla kyseisestä alueesta selviä? :)

    1. Hei! Pahoittelut vastauksen viipymisestä – ehdit varmaan odotellessa jo Grand Canyoniin saakka. En ole tullut koskaan itse lukeneeksi juuri tästä paikasta erityisen syvällisesti, joten ihan suoraan apteekin hyllyltä en osaa mitään kovin viisasta sanoa. Grand Canyon National Parkin omilla kotisivuilla sen sijaan on aika laajalti mielenkiintoista tietoa alueen geologiasta ja fossiileista:
      https://www.nps.gov/grca/learn/nature/geologicformations.htm
      ja
      https://www.nps.gov/grca/learn/nature/fossils.htm

      On kyllä kiehtovaa, että samassa paikassa on säilynyt – ja kanjonin synnyn myötä paljastunut tutkittavaksi – fossiileja neljältä aivan eri aikakaudelta. Viimeisiä ovat merkit maalaiskiaisista (luut, mutta myös karva ja uloste, jotka näyttävät aivan tuoreilta), jotka katosivat vasta noin 10 000 vuotta sitten.

Vastaa

Täytä tietosi alle tai klikkaa kuvaketta kirjautuaksesi sisään:

WordPress.com-logo

Olet kommentoimassa WordPress.com -tilin nimissä. Log Out /  Muuta )

Google+ photo

Olet kommentoimassa Google+ -tilin nimissä. Log Out /  Muuta )

Twitter-kuva

Olet kommentoimassa Twitter -tilin nimissä. Log Out /  Muuta )

Facebook-kuva

Olet kommentoimassa Facebook -tilin nimissä. Log Out /  Muuta )

Muodostetaan yhteyttä palveluun %s