永冻层

最居住和古代冰冻圈的一部分,永久冻土,被定义为永久冻土,是地球陆地表面的四分之一。这相当大的冷冻质量,几百米深的微生物吸附有机或矿物粒子,港口高水平(每克打数以百万计的细胞)的各种形态和生态可行的微生物组在冻土条件下幸存下来,因为其形成的时间。他们已经从冷冻分离内核与永久不变的地面温度1 - 2°C在西伯利亚冻土的南部边界附近,从北极地区的最低温度(-17°C的最北纬:80°N NWT,加拿大;史蒂文et al . 2007年)和南极(-27°C最南部的纬度:78°S在干燥山谷;Gilichinsky et al . 2007年),400米深度麦肯齐三角洲(2002年Gilichinsky),在青海,海拔4700米青藏高原(Zhang et al . 2007年)。隔离的年龄对应的长寿沉积物的永久冻结状态,和日期从几千到2 - 3百万年前北极,东北部和5 - 8可能几百万年,老在南极洲(Gilichinsky et al . 2007年)。这个伟大的唯一已知的质量生活社区保存在一个地质只是冻土特有的,大量的时间和代表一个广泛的可能的低温生态系统没有明显的行星表面冰。

水解冻电影保存起主要作用的微生物。这些电影外套土壤颗粒和保护的可行的细胞粘附到表面机械破坏生长晶体的侵入,并使可能的冻土中微生物代谢副产物的传质,从而防止细胞生化死亡(Gilichinsky et al . 1993年)。因此,解冻的水可能被认为是一个主要的生态位,微生物可能生存。细分散的北极永久冻结沉积物的温度在3到-12°C,解冻的水可以被估计为水体总量的3 - 8%。

因为南极温度低于-20°C的粗谷的金沙,解冻水数量如此之小,以至于仪器方法失败记录。解冻的水必须是“液体”牢牢的束缚住水与约束力的分子,和表示“生物干”环境。基于实验,Jakosky et al。(2003)计算出液态水可以存在冰grain-dust谷物,和冰grain-ice颗粒接触ca。-20°C以上。低于这个温度,水将不会出现在土壤足够的厚度和数量上允许微生物的存在,即,这个温度是最低的生活功能。结论都是不完全清楚此时此刻,和不正确的。首先,因为维多利亚谷是决定不冻的水的数量是2%在-20°C和1.5%至-30°C由于含盐量。相同数量的水解冻预计在灯塔山谷,那里的土壤含盐量更高(Gilichinsky et al . 2007年)。其次,大量的研究表明,在极低的温度下微生物代谢在冰雪和冻土,即。,-10°C到-20°C (Rivkina et al . 2000, 2004;木匠et al . 2000;贝克曼et al . 2003; Junge et al. 2004), and down to -28°C and -35°C (Rivkina et al. 2005; Panikov and Sizova 2007).

火星冻土地区年度最高表面温度可能超过这个水平及以上0°C(数小时)75°纬度在南部和北部50°纬度(Tokano 2003)。但温度地面冰埋藏深度从未超过-20°C。同时,火星奥德赛号宇宙飞船上的伽马射线谱仪观察到一些地区,而高浓度的Cl(凯勒et al . 2006年)地面上10 - 20厘米,这将足够的解冻水的存在在一些salt-rich地质位置保护可行的细胞。这使得表面附近的过去和现在永冻层潜在有利的网站寻找生命的证据,类似于cryptoendolithic微生物群落在南极砂岩(弗里德曼1982)。也许,在这样的生态位,薄盐水电影内可能形成火星冻土,迪金森和罗森(2003)提出的在学业的矿物质和积累的地面上的冰桌山,小天狼星组沉积物。

从天体生物学的角度来看,重要的是,永冻层(92 - 98%的水是在固态)和低温偷懒背景地表伽马辐射对细胞的累积效应成千上万年了。含水量越低,代谢过程,是生物对象的无线电病变越少。这就是为什么辐照敏感性的土壤微生物在温度高于0°C与保存在冻土微生物的敏感性不同。冻土微生物的反应在未辐照和冷冻状态是不同的。辐照剂量的1 kGy的,有一个可行的细胞的数量差级之间未冷冻和冷冻样品(Gilichinsky et al . 2007 b),和细胞存活率约为1%和10%的初始细胞数量未冷冻和冷冻样本,分别。在模型中γ辐照,5 kGy的致命未冷冻样本上的微生物群落。

直接原位测量钻孔的欧亚东北显示剂量受到禁闭冷冻金沙和这种细菌是每年2 mGy。考虑最古老(~ 300万年)上新世晚期永久冻土和细菌时,收到的总剂量细胞5 - 6 kGy的。在这种情况下,大多数的细胞存活。这一事实表明,冻结增加了细胞的抗辐射,并演示的独特性冻土微生物的环境中显示一个高耐辐射。从这些数据,剂量的放射性核素扩散通过冻土不是致命的,但应该足够大,以摧毁古老的可行的细胞的DNA。他们的生存能力和增长意味着DNA修复能力,可能在冰冷的环境中,例如以稳定的损伤积累的速度,可比修复率也存在(Rivkina et al . 2004年)。这就是为什么“生物干”(在温度低于-20°C)南极冻土,极低和难以接近的有机物,仍然是居住着103 - 105的细胞g1,提供一个模拟火星的生态系统。

南极没有冰的区域最好的火星冻土地面类似物有几个原因。第一个是在南极的温度条件接近火星上的条件。例如,一年一度的表面温度在40°南纬度,这是最温暖的地方冻土在火星上,包括15°C的最大温度、平均温度为-65°C,和最小温度的-130°C (Tokano 2003)。在南极干谷(信标谷),最大的表面温度是相同的,和最小平均气温

分别为-23°C和-45°C。由于南极极低的温度,水的相转移发生没有融化,因此升华的主要因素控制地面火星上的冰一样的稳定性。第二个相似之处是双层地面干燥层顶部和底部一层含冰,一起植被和土壤的缺席使南极景观类似火星。第三个相似之处是冻土的年龄。全球永久冻土的发展归功于post-Noachian时间(大约40亿年前)。冻土在某些领域与西方的大型流出和亚马逊volcano-ice-water地貌特征可能大幅年轻(10亿年)。火星是一个地质活跃的星球。风成尘埃,运输的存在全球水循环大气和地面之间的冰,导致syncryogenic冻土的永久发展。但是,尽可能没有添加任何新的life-containing材料从火山喷发或地下水(不含当地景点的沟壑中地下水渗流),这个现代的材料冻土仍然只来自旧Noachian-Hesperian-late亚马逊岩石。

南极沙漠存款在严寒的活跃层出人意料的冰冷,即。的顺序更潮湿北极区。这意味着地面冰不稳定由于升华在超低空气湿度和温度的过程只是在一个非常薄的表层,并修改论文早些时候干南极冻土。这就是为什么我们也可以预期高的存在火星上冰冷的地下一层。

冻土在地球和火星的年龄各不相同,从几百万年在北半球发现地球上(1974年谢尔)火星上几十亿年(卡尔2000;贝克2004;Tokano 2005);这样的时间尺度上的差异将产生重大影响保护火星上存在生命的可能性,因为微生物的数量和生物多样性减少与冻土年龄增加。这就是为什么长寿的生命形式保存在北极永久冻土只能作为火星的近似模型工作。南极的建议年龄冻土(~ 3000万年)有点接近火星。大量的研究表明,南极冰冻圈最后后不久开始发展冈瓦纳古陆解体和南极大陆的隔离。它被认为是开始Eocene-Oligocene边界(巴雷特1996;威尔逊et al . 1996;DeConto和波拉德2003)。新第三纪稳定性的讨论主要集中在冰盖的状态,这是最变量冰冻圈的一部分。冻土是冰冻圈的更稳定的包体,和冰降解所需的条件,即使他们存在气候适宜期不足以永久冻土层解冻。冻土退化只能当年平均地面温度,现在-28°C,零上上升,即。,一个明显的变暖到25°C以上需要降低冻土一旦形成。没有证据日期等重要的温度变化,这表明南极气候和地质历史有利于pre-Pliocene冻土的形成和持久性。例如,渐新世早期沉积(3800万年)获得的斗篷罗杰斯钻井项目包含寒冷的苔原花粉谱。因此,南极冻土可能超过3000万年的历史

(Gilichinsky et al . 2007年)和日期从南极冰盖在渐新世早期预测* et al . 2001年)(Zachos共同断定。

可行的微生物分离的核心在灯塔山谷下一个810万年的火山灰层(Gilichinsky et al . 2007年),被视为是一种直接降尘预测存款(苏格丹et al . 1995),这个年龄是由一些研究(Schaefer et al . 2000年)。孤立社区的年龄仍然是有争议的,因为最近的调查质疑这个年龄关系,计算表明,升华率过高的冰会持续810万年(Ng et al . 2005年)。然而,Bidle et al。(2007)从冰下分离出微生物这灰;这些作者再次确认一个810万年的时代。从年龄的角度来看,Glacigene天狼星组沉积物山上羽毛可能更老了。他们估计至少有200万年的年龄(韦伯和哈伍德1991)和可能和1500万年一样古老(Marchant et al . 1996年)。细菌的表面沉积物的年龄在冻土采样是500万年(威尔逊et al . 2002年)。如果这个年龄是正确的,这些是,到目前为止,最古老的证实可行的微生物中发现的永久冻土和地球上最古老的可行的社区报道(Gilichinsky et al . 2007年)。

这将是有利的定位南极冻土最古老的遗迹。这些都是可能被发现在无冰等领域的高色水平干旱的山谷,以及极地柏拉图和反式-南极山脉维多利亚,在北部的土地。需要日期内的层和测试可行的细胞的存在。限制年龄,如果一个人的存在,在最古老的南极冻土核心,在可行的生物不再存在,可以建立作为生活的年龄限制在冻土在零度以下的温度下保存。任何积极的结果从南极微生物数据将地质规模和增加已知的cryobio-sphere时间限制,即。的生活、持续时间保存。

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