Geobiologija

S Vikipedije, slobodne enciklopedije
Nacionalni park Jeloustoun, SAD. Geobiolozi često proučavaju ekstremna prirodna staništa nastanjena ekstremofilima. Vjeruje se da su uslovi koji vladaju na ovim mjestima najsličniji uslovima koji su vladali na ranoj Zemlji.[1]

Geobiologija proučava interakcije između biosfere i geosfere.[2] U pitanju je relativno mlado i interdisciplinarno polje naučnog istraživanja koje kombinuje saznanja i metode iz mnogih drugih oblasti kao što su: paleobiologija, mikrobiologija, biohemija, geohemija, sedimentologija, mineralogija, paleontologija, genetika, fiziologija i atmosferske nauke.[3]

Geobiologija ne proučava samo kako živi svijet, u prvom redu mikroorganizmi, utiču na Zemlju i obrnuto, već i istoriju tih odnosa. Primjenom različitih bioloških, geoloških i hemijskih principa i metoda, geobiološka istraživanja imaju za cilj objasniti koevoluciju života i Zemlje.[4]

Rezultati geobioloških istraživanja su potencijalno veoma primjenljivi u oblasti bioremedijacije.[5]

Glavna subdisciplina je geomikrobiologija koja se fokusira na odnose mikroorganizama i minerala, stijena i drugih komponenata geosfere.[6] Primjer takvog odnosa je proces oksigenacije primordijalne Zemljine atmosfere od strane fotosintetičkih bakterija. Prvobitno nastali kiseonik se trošio na oksigenaciju gvožđa što se smatra razlogom masovnog nastanka trakastih gvožđevitih formacija. Ove sedimentne stijene su skoro bez izuzetka prekambrijumskog porijekla. [7]

Povezana oblast istraživanja je astrobiologija koja kombinuje rezultate geobiologije i planetarnih nauka u cilju detekcije tragova života na drugim planetama.[8]

Istorija[uredi | uredi izvor]

Prva upotreba termina geobiologija se pripisuje Laurensu Bas Bekingu (hol. Lourens Gerhard Marinus Baas Becking), holandskom mikrobiologu i botaničaru. On je 1934. godine objavio knjigu Geobiologie: of Inleiding tot de Millieukunde. U uvodu piše: „Ova predavanja su trud da se opiše odnos između organizama i Zemlje. Ime geobiologija samo opisuje taj odnos. Ovom novom riječju nemam namjeru da opišem novu disciplinu, već je to pokušaj da se sa jedne tačke gledišta, koliko je to moguće, objedine fenomeni koji su već poznati u različitim oblastima biologije“. [9][10]Njegova razmišljanja su bila pod uticajem njegovih prethodnika, prije svega njegovog učitelja Martinusa Bajerinka (hol. Martinus Willem Beijerinck), poznatog holandskog mikrobiologa i botaničara. Drugi uticaji su dolazili od Vladimira Vernadskog (rus. Vladimir Ivanovič Vernadskiй, ukr. Volodimir Іvanovič Vernadsьkiй), koji se danas smatra jednim od utemeljivača geohemije, biogeohemije i radiogeologije, čuvenog po svojoj knjizi Biosfera (1926) u kojoj iznosi hipotezu da je život geološka sila koja oblikuje Zemlju[11]; i Sergeja Vinogradskog(ukr.Sergій Mikolaйovič Vinogradsьkiй), čuvenog naučnika zaslužnog za otkriće litotrofičkih bakterija, hemosinteze te opisivanje različitih geohemijskih ciklusa ili dijelova tih ciklusa.

Prva zvanična laboratorija za geobiologiju bila je upravo Bas Bekingova laboratorija za geobiologiju u Australiji otvorena 1965. godine.[12] [13]Ipak, bilo je neophodno oko 40 godina da geobiologija učvrsti svoj položaj kao zasebna naučna disciplina. To se i desilo ponajviše zahvaljujući ogromnom napretku u geohemiji i genetici koji je omogućio naučnicima da izdvoje posebnu oblast u kojoj će nauka o životu i Zemlji biti objedinjena.

Danas postoje naučni časopisi koji se bave isključivo temama iz ove oblasti. Poznatiji su Geobiology koji je počeo da izlazi 2003. godine i Biogeosciences koji se objavljuje od 2004. Mnogi univerziteti širom svijeta, u čemu prednjače oni prestižni, nude studijske programe iz geobiologije.

Geobiološke prekretnice[uredi | uredi izvor]

Vremenski prikaz najznačajnijih geobioloških događaja [14]

Događaj u Zemljinoj istoriji od vjerovatno najvećeg značaja za geobiologiju je oksigenacija primordijalne atmosfere od strane fotosintetičkih bakterija što je poznato i kao Velika kiseonična katastrofa. Uvođenje slobodnog kiseonika u atmosferu i okeane je zauvijek izmijenilo površinske biogeohemijske cikluse i tok evolucije života.[15][16]

Prisustvo kiseonika je dalje omogućilo evoluciju eukariota i pojavu višećeličnosti.

Porijeklo životinja i izlazak biljaka na kopno, te uticaj tih promjena na eroziju zemljišta i kruženje minerala i nutrijenata su takođe pitanja od velikog značaja za geobiologiju.

Druge pojave od interesa su i globalne ekstinkcije, termiti i njihova uloga u prevrtanju sedimenata, mikrobijalni sedimenti, postanak koralnih grebena i depozicija kalcijum-karbonata te njihova uloga u razbijanju talasa, apsorpcija silicijuma od strane sunđera itd.[17]

Važni koncepti[uredi | uredi izvor]

Ključni zadatak većine geobioloških studija je razumijevanje evolucije bioloških procesa i njihovih geoloških poslijedica. Bez obzira na činjenicu da mnogi aspekti izučavanja ovog tipa interakcija u prošlosti i sadašnjosti su i dalje nejasni, postoje neki ključni koncepti koji služe kao polazna tačka ovim istraživanjima.

Koevolucija života i planete Zemlje

Trakaste gvožđevite formacije, Zapadna Australija

Ključni koncept u geobiologiji je da su biološka i geološka evolucija dva neraskidiva procesa. Shvatanje jednog nam pomaže da bolje razumijemo drugi. Na primjer, izučavanje distribucije i funkcije sterolima sličnih molekula (hopanoida) u bakterijskim membranama može pomoći u shvatanju efekata proisteklih iz povišenog nivoa kiseonika u atmosferi tokom Velike kiseonične katastrofe, najznačajnijeg momenta u geohemijskoj evoluciji Zemlje. S druge strane, znanja iz geohemije o promjenama na Zemlji tokom istorije mogu uticati na naučne interpretacije o evoluciji organela, prije svega o odnosu između hidrogenozoma i mitohondrija. [18]

Zemlja se mijenja

Zemlja nije ostala ista od svog postanka prije oko 4,6 milijardi godina. Kontinenti su se formirali, raspadali i sudarali. Prema izotopskim podacima mijenjalo se i redoks stanje atmosfere i okeana. Količine neorganskih komponenti kao što su ugljen-dioksid, azot, metan i kiseonik su varirale u skladu sa evolucijom različitih tipova metabolizama u okviru kojih se te komponente stvaraju i evolucijom organizma koji su sposobni te resurse da koriste. Reverzije Zemljinog magnetskog polja se dešavaju  u intervalima od nekoliko hiljada do nekoliko miliona godina, sa prosečnim intervalom od oko 250 hiljada godina. Površinske temperature su u konstantnoj fluktuaciji. Pored toga, mijenjala se i insolacija. Sve pobrojano je na različite načine tokom Zemljine istorije predstavljalo prepreke evoluciji života.[19]

Istorija Zemlje je zapisana u sedimentnim stijenama

Stromatoliti, Zapadna Australija

Sedimentne stijene čuvaju ostatke  nekadašnjih oblika života na Zemlji u formi fosila, biomarkera, izotopa i drugih tragova. Klasičan primjer sedimenata koji su od značaja za geobiologiju su stromatoliti i gvožđevite trakaste formacije. Uloga živog svijeta u nastanku i jednih i drugih je vrlo aktuelno naučno pitanje.[20]

Metabolički diverzitet utiče na okolinu

Različiti tipovi metabolizma zastupljeni u živom svijetu su direktno povezani sa globalnim kruženjem elemenata i jedinjenja na Zemlji. Geohemijsko okruženje omogućava život na Zemlji, a s druge strane organizmi produkuju različite molekule koji se vraćaju u spoljnu sredinu. Pored toga, biohemijske reakcije su katalisane enzimima koji ponekad preferiraju jedan izotop više od drugih. Primjer je kiseonična fotosinteza katalisana Rubisko enzimom koji veže ugljenik-12 prije nego ugljenik-13 što rezultuje izotopskom frakcijacijom u slojevima sedimentnih stijena.[21]

Geni određuju metabolizam

Primjenom metoda molekularne biologije na laboratorijskim kulturama mikroorganizama lako se utvrđuje funkcija pojedinih gena. Pored toga, geobiolozi se vrlo često služe podacima metagenomike i metatranskriptomike da otkriju koji geni su odgovorni za procese važne i relevantne u datom ekosistemu i biogeohemijskim ciklusima u tom okruženju.[22]

Filogenija je uvid u evolucionu istoriju

Filogenija se bavi izučavanjem razvoja živih bića kroz istoriju. Danas to znači poređenje DNK sekvenci različitih organizama radi utvrđivanja stepena srodnosti i evolucionih odnosa. Svaka razlika u DNK sekvenci ukazuje na divergenciju između jedne i druge vrste. Ta divergencija, vođena ili driftom ili prirodnom selekcijom, je pokazatelj nekog protoka vremena. Ukoliko uz molekularne postoje i paleontološki podaci kao što su fosili, onda naučnici imaju konkretan vremenski zapis evolucije. Na temelju tih saznanja, može se dalje promišljati zašto se neka evoluciona promjena desila u određenoj sredini u određenom periodu vremena.[23]

Subdiscipline i povezane oblasti[uredi | uredi izvor]

Shvatanje o tome šta sve spada u domen istraživanja geobiologije veoma varira u naučnoj zajednici. Neki je poistovjećuju sa geomikrobiologijom, dok drugi ovom granom nauke obuhvataju i mnoge discipline kojima se polje istraživanja svakako preklapa sa geobiologijom ali se tradicionalno nisu smatrale njenom subdisciplinom (npr. paleontologija). U svakom slučaju, geobiologija je pravi primjer interdisciplinarnog naučnog pristupa.

Astrobiologija[uredi | uredi izvor]

Rio Tinto, Španija. Mjesto poznato i kao Mars na Zemlji. Hemolitotrofi opstaju u vodi bogatoj gvožđem i sumporom (pH=1.5-3).[24]

Astrobiologija, nekad poznata i kao egzobiologija, je još jedno  interdisciplinarno polje naučnog istraživanja koje kombinuje rezultate geobiologije i planetarnih nauka u cilju detekcije tragova života na drugim planetama. Za astrobiologiju su od značaja geobiološka istraživanja ekstremnih staništa na Zemlji, kao potencijalnih analoga uslovima na ranoj Zemlji. Razumijevanje geohemije i geobiologije ovih staništa može poslužiti za identifikaciju sličnih procesa na drugim planetama.[25]

Biogeohemija[uredi | uredi izvor]

Biogeohemija prije svega proučava biogeohemijske cikluse. Jedan od utemeljivača ove naučne discipline je Džejms Lavlok (engl. James Lovelock) čija je i Geja hipoteza prema kojoj Zemlja ima odlike živog bića i prema kojoj biološki, hemijski i geološki sistemi na Zemlji zajedno interaguju u cilju stabilizacije uslova od kojih zavisi život na Zemlji.

Metagenomika[uredi | uredi izvor]

Metagenomika ili proučavanje metagenoma je genomika zajednice ili genomika ekološke niše. Predstavlja sekvenciranje i analizu DNK mikroorganizama iz uzorka iz okoline bez njihovog kultivisanja u laboratoriji.[22]

Organska geohemija[uredi | uredi izvor]

Savremeni svijet se ne može zamisliti bez klasičnih energenata kao što su nafta, ugalj i gas. Organska geohemija proučava ove energente ali i organsku komponentu Zemljine kore koja je preteča ovih energeneta. U okviru ovih istraživanja se ispituju promjene organske supstance pri nastanku ležišta bituminoznih škriljaca i ugljeva, izučavaju se sedimentacioni procesi i sredina u kojoj se odvijaju kao i interakcije organske i neorganske supstance te procesi transformacije organskih jedinjenja u toku migracije kroz različite sredine. Praktična primjena leži u mogućem prognoziranju ležišta nafte, uglja i prirodnog gasa te prognoza sastava i kvaliteta.[26] Nerijetko su predmet istraživanja i molekularni fosili koji su često lipidni biomarkeri. Molekuli kao što su steroli i hopanoidi, membranski lipidi eukariota i bakterija, mogu biti sačuvani u stijenama milijardama godina. U procesu dijageneze oni postaju fosilizovani lipidi koji se nazivaju sterani i hopani.[27] Postoje i drugi tipovi molekularnih fosila kao što su porfirini. Otkriće porfirina u petroleju od strane Alfreda Trajbsa (njem. Alfred E. Treibs) zapravo se uzima za početak razvoja organske geohemije.[28]  

Paleontologija[uredi | uredi izvor]

U geobiologiji, fokus je na mikropaleontologiji.

Vidi još[uredi | uredi izvor]

Reference[uredi | uredi izvor]

  1. ^ Park, Mailing Address: PO Box 168 Yellowstone National; Us, WY 82190-0168 Phone: 307-344-7381 Contact. „Life in Extreme Heat - Yellowstone National Park (U.S. National Park Service)”. www.nps.gov (na jeziku: engleski). Pristupljeno 13. 4. 2019. 
  2. ^ „The Summons Lab • Geobiology and Astrobiology at MIT » Geobiology” (na jeziku: engleski). Pristupljeno 13. 4. 2019. 
  3. ^ „Geobiology and Earth History”. eps.harvard.edu (na jeziku: engleski). Pristupljeno 13. 4. 2019. 
  4. ^ „ScienceDirect”. www.sciencedirect.com. Pristupljeno 13. 4. 2019. 
  5. ^ Fundamentals of geobiology. Knoll, Andrew H. 1951-, Canfield, Donald 1957-, Konhauser, Kurt,. Chichester, West Sussex: Wiley. 2012. ISBN 9781118280874. OCLC 991547779. 
  6. ^ „Geomicrobiology”. groundwaterscience.com. Arhivirano iz originala 13. 04. 2019. g. Pristupljeno 13. 4. 2019. 
  7. ^ Newman, Dianne K.; Konhauser, Kurt O.; Pasquero, Claudia; Kappler, Andreas (1. 11. 2005). „Deposition of banded iron formations by anoxygenic phototrophic Fe(II)-oxidizing bacteria”. Geology (na jeziku: engleski). 33 (11): 865—868. ISSN 0091-7613. doi:10.1130/G21658.1. 
  8. ^ „The Summons Lab • Geobiology and Astrobiology at MIT” (na jeziku: engleski). Pristupljeno 13. 4. 2019. 
  9. ^ Becking, L. G. M. Baas (2015). Baas Becking's Geobiology: Or Introduction to Environmental Science (na jeziku: engleski). John Wiley & Sons. ISBN 9780470673812. 
  10. ^ http://revistes.iec.cat/index.php/IM/article/viewFile/11/11
  11. ^ Vernadsky, Vladimir I. (1998). The Biosphere. Copernicus (na jeziku: engleski). Copernicus. ISBN 9780387982687. 
  12. ^ Becking, L. G. M. Baas (2015). Baas Becking's Geobiology: Or Introduction to Environmental Science (na jeziku: engleski). John Wiley & Sons. ISBN 9780470673812. 
  13. ^ „Baas Becking Geobiological Laboratory. (1968—1985) - People and organisations”. Trove (na jeziku: engleski). Pristupljeno 13. 4. 2019. 
  14. ^ Bekker, Andrey (2014), Amils, Ricardo; Gargaud, Muriel, ur., Great Oxygenation Event (na jeziku: engleski), Springer Berlin Heidelberg, str. 1—9, ISBN 9783642278334, doi:10.1007/978-3-642-27833-4_1752-4, Pristupljeno 20. 4. 2019 
  15. ^ Reading the archive of Earth's oxygenation. Strauss, Harald., Kump, Lee R., Lepland, Aivo., Fallick, Anthony E., Hanski, E. (Eero), Prave, Anthony Robert, 1957-. Berlin. ISBN 9783642296826. OCLC 860812329. 
  16. ^ Rozanov, A. Yu (22. 9. 2005). „Geobiological events in the Precambrian era”. Astrobiology and Planetary Missions. International Society for Optics and Photonics. 5906: 59060N. doi:10.1117/12.624855. 
  17. ^ Butterfield, Nicholas J. (1. 2. 2011). „Animals and the invention of the Phanerozoic Earth system”. Trends in Ecology & Evolution (na jeziku: engleski). 26 (2): 81—87. ISSN 0169-5347. PMID 21190752. doi:10.1016/j.tree.2010.11.012. 
  18. ^ Newman, Dianne K.; Tice, Michael M.; Dietrich, Lars E. P. (6. 6. 2006). „The co-evolution of life and Earth”. Current Biology (na jeziku: engleski). 16 (11): R395—R400. ISSN 0960-9822. PMID 16753547. doi:10.1016/j.cub.2006.05.017. 
  19. ^ Nei, Masatoshi (2000). Molecular evolution and phylogenetics. Kumar, Sudhir, 1967-. Oxford: Oxford University Press. ISBN 9780195350517. OCLC 428818307. 
  20. ^ Fischer, Woodward W.; Hemp, James; Johnson, Jena E. (29. 6. 2016). „Evolution of Oxygenic Photosynthesis”. Annual Review of Earth and Planetary Sciences (na jeziku: engleski). 44 (1): 647—683. ISSN 0084-6597. doi:10.1146/annurev-earth-060313-054810. 
  21. ^ „Re: Why do living organisms exhibit a preference for Carbon-12 over Carbon-13?”. www.madsci.org. Pristupljeno 20. 4. 2019. 
  22. ^ a b Reysenbach, A.-L.; Hamamura, N. (2008). „A geobiological perspective on metagenomics”. Geobiology (na jeziku: engleski). 6 (4): 337—340. ISSN 1472-4669. doi:10.1111/j.1472-4669.2008.00169.x. 
  23. ^ Smith, Andrew B.; Peterson, Kevin J. (1. 5. 2002). „Dating the Time of Origin of Major Clades: Molecular Clocks and the Fossil Record”. Annual Review of Earth and Planetary Sciences. 30 (1): 65—88. ISSN 0084-6597. doi:10.1146/annurev.earth.30.091201.140057. Arhivirano iz originala 12. 02. 2019. g. Pristupljeno 20. 04. 2019. 
  24. ^ „ScienceDirect”. www.sciencedirect.com. doi:10.1016/j.saa.2006.12.080. Pristupljeno 20. 4. 2019. 
  25. ^ „Planetary Science and Astrobiology | Department of Geology and Environmental Science | University of Pittsburgh”. www.geology.pitt.edu. Pristupljeno 20. 4. 2019. 
  26. ^ „HFBU - Katedra za primenjenu hemiju - Organska geohemija”. www.chem.bg.ac.rs. Pristupljeno 20. 4. 2019. [mrtva veza]
  27. ^ Brocks, J. J. (13. 8. 1999). „Archean Molecular Fossils and the Early Rise of Eukaryotes”. Science. 285 (5430): 1033—1036. doi:10.1126/science.285.5430.1033. 
  28. ^ Baker, Earl W. (1969), Eglinton, Geoffrey; Murphy, Mary T. J., ur., Porphyrins (na jeziku: engleski), Springer Berlin Heidelberg, str. 464—497, ISBN 9783642877346, doi:10.1007/978-3-642-87734-6_24, Pristupljeno 20. 4. 2019 

Literatura[uredi | uredi izvor]

Spoljašnje veze[uredi | uredi izvor]

Preuzeto iz „https://sr.wikipedia.org/w/index.php?title=Геобиологија&oldid=26848783”