Геобиология
Геобиология — это область научных исследований , изучающая взаимодействие между физической Землей и биосферой . Это относительно молодая область, и ее границы подвижны. Существует значительное совпадение с областями экологии , эволюционной биологии , микробиологии , палеонтологии и особенно почвоведения и биогеохимии . Геобиология применяет принципы и методы биологии, геологии и почвоведения для изучения древней истории совместной эволюции жизни и Земли, а также роли жизни в современном мире. [2] Геобиологические исследования, как правило, сосредоточены на микроорганизмах и на роли, которую жизнь играет в изменении химической и физической среды педосферы , которая существует на пересечении литосферы , атмосферы , гидросферы и /или криосферы . Она отличается от биогеохимии тем, что основное внимание уделяется процессам и организмам в пространстве и времени, а не глобальным химическим циклам.
Геобиологические исследования синтезируют геологические данные с современными биологическими исследованиями. Он посвящен процессам – как организмы влияют на Землю и наоборот – а также истории – как Земля и жизнь изменились вместе. Многие исследования основаны на поисках фундаментального понимания, но геобиология также может быть применена, как в случае с микробами, которые очищают разливы нефти . [3]
Геобиология использует молекулярную биологию , микробиологию окружающей среды , органическую геохимию и геологические данные для исследования эволюционной взаимосвязи жизни и Земли. Он пытается понять, как изменилась Земля с момента зарождения жизни и какой она могла быть на этом пути. Некоторые определения геобиологии даже раздвигают границы этих временных рамок – к пониманию происхождения жизни и той роли, которую люди играли и будут продолжать играть в формировании Земли в антропоцене . [3]
История [ править ]
Термин «геобиология» был введен Лоренсом Баасом Бекингом в 1934 году. По его словам, геобиология «является попыткой описать отношения между организмами и Землей», поскольку «организм является частью Земли, и его судьба переплетена с судьбой Земли». Земля." Определение геобиологии, данное Баасом Бекингом, родилось из желания объединить биологию окружающей среды с лабораторной биологией. То, как он это практиковал, тесно связано с современной микробной экологией окружающей среды , хотя его определение остается применимым ко всей геобиологии. В своей книге «Геобиология» Басс Бекинг заявил, что у него нет намерения изобретать новую область исследований. [4] На понимание геобиологии Баасом Бекингом сильно повлияли его предшественники, в том числе Мартинус Бейеринк , его учитель из Голландской школы микробиологии. Среди других был Владимир Вернадский , который в своей книге «Биосфера» 1926 года утверждал, что жизнь меняет поверхностную среду Земли. [5] и Сергей Виноградский, известный открытием литотрофных бактерий. [6]
Первой лабораторией, официально посвященной изучению геобиологии, была геобиологическая лаборатория Бааса Бекинга в Австралии, открывшая свои двери в 1965 году. [4] Однако потребовалось еще около 40 лет, чтобы геобиология стала прочно укоренившейся научной дисциплиной, отчасти благодаря достижениям в области геохимии и генетики , которые позволили ученым начать синтезировать исследования жизни и планеты.
В 1930-х годах Альфред Трейбс обнаружил хлорофиллоподобные порфирины . в нефти , подтвердив ее биологическое происхождение [7] тем самым основав органическую геохимию и установив понятие биомаркеров , важнейшего аспекта геобиологии. Но прошло несколько десятилетий, прежде чем появились инструменты, позволяющие начать всерьез искать химические признаки жизни в горных породах. В 1970-х и 80-х годах такие ученые, как Джеффри Эглингтон и Роджер Саммонс , начали находить липидные биомаркеры в породах, используя такое оборудование, как GCMS . [8]
Что касается биологии, то в 1977 году Карл Везе и Джордж Фокс опубликовали филогению жизни на Земле, включая новый домен — археи . [9] А в 1990-е годы стали возможными исследования в области генетики и геномики , расширившие сферу изучения взаимодействия жизни и планеты.
Сегодня геобиология имеет свои собственные журналы, такие как Geobiology , основанный в 2003 году. [10] и биогеонауки , основанные в 2004 году, [11] а также признание на крупных научных конференциях. В 2011 году у него была собственная Гордонская исследовательская конференция . [12] издан ряд учебников по геобиологии, [3] [13] и многие университеты по всему миру предлагают программы на получение степени по геобиологии (см. Внешние ссылки).
геобиологические Основные события
Возможно, самым глубоким геобиологическим событием является введение кислорода в атмосферу фотосинтезирующими бактериями . Это насыщение кислородом первичной атмосферы Земли (так называемая кислородная катастрофа или Великое событие насыщения кислородом ) и насыщение кислородом океанов изменили поверхностные биогеохимические циклы и типы организмов, для которых был выбран эволюционный отбор.
Следующим важным изменением стало появление многоклеточности . Присутствие кислорода позволило эукариотам , а позже и многоклеточной жизни развиваться.
Более антропоцентрические геобиологические события включают в себя происхождение животных и формирование наземной растительной жизни, что повлияло на континентальную эрозию и круговорот питательных веществ и, вероятно, изменило типы наблюдаемых рек, что позволило организовать русло того, что раньше было преимущественно разветвленными реками.
Более тонкие геобиологические события включают роль термитов в переворачивании отложений, коралловых рифов в отложении карбоната кальция и прибоя волн, губок в поглощении растворенного морского кремнезема, роли динозавров в прорыве речных дамб и содействии наводнениям, а также роли навоза крупных млекопитающих в распределяя питательные вещества. [15] [16]
Важные понятия [ править ]
Геобиология основана на нескольких основных концепциях, которые объединяют изучение Земли и жизни. Хотя многие аспекты изучения прошлых и настоящих взаимодействий между жизнью и Землей остаются неясными, несколько важных идей и концепций составляют основу знаний в геобиологии, которые служат платформой для постановки исследовательских вопросов, включая эволюцию жизни и планеты и совместная эволюция обоих, генетика - как с исторической, так и с функциональной точки зрения, метаболическое разнообразие всей жизни, седиментологическое сохранение прошлой жизни и происхождение жизни.
Коэволюция жизни и Земли [ править ]
Основная концепция геобиологии заключается в том, что жизнь меняется со временем в ходе эволюции . Теория эволюции постулирует, что уникальные популяции организмов или видов возникли в результате генетических модификаций предковой популяции, которые передавались по наследству в результате дрейфа и естественного отбора . [17]
Наряду со стандартной биологической эволюцией жизнь и планета развиваются совместно. Поскольку лучшими адаптациями являются те, которые соответствуют экологической нише , в которой живет организм, физические и химические характеристики окружающей среды стимулируют эволюцию жизни путем естественного отбора, но может быть и обратное: с каждым появлением эволюции окружающая среда изменения.
Классическим примером коэволюции является эволюция кислород производящих фотосинтезирующих цианобактерий, Земли , которые насыщали кислородом архейскую атмосферу . Предки цианобактерий начали использовать воду в качестве источника электронов для использования энергии Солнца и вытеснения кислорода до или во время раннего палеопротерозоя . В это время, примерно 2,4–2,1 миллиарда лет назад, [18] геологические данные свидетельствуют о том, что уровень содержания кислорода в атмосфере начал повышаться во время так называемого Великого события оксигенации (GOE) . [19] [20] Неясно, как долго цианобактерии осуществляли кислородный фотосинтез до GOE. Некоторые данные свидетельствуют о том, что существовали геохимические «буферы» или поглотители, подавляющие подъем кислорода, например, в результате вулканизма. [21] хотя цианобактерии, возможно, производили его и до ПХ. [22] Другие данные указывают на то, что рост оксигенного фотосинтеза совпал с GOE. [23]
Присутствие кислорода на Земле с момента его первого производства цианобактериями до GOE и по сегодняшний день радикально повлияло на ход эволюции жизни и планеты. [19] Это могло спровоцировать образование окисленных минералов. [24] и исчезновение окисляемых минералов, таких как пирит, из русел древних рек. [25] Присутствие образований полосчатого железа (BIF) было интерпретировано как ключ к повышению содержания кислорода, поскольку небольшие количества кислорода могли вступать в реакцию с восстановленным двухвалентным железом (Fe(II)) в океанах, что приводило к отложению отложений, содержащих Оксид Fe(III) в таких местах, как Западная Австралия. [26] Однако любая окислительная среда, в том числе предоставляемая микробами, такими как фотоавтотроф, окисляющий железо Rhodopseudomonas palustris , [27] может вызвать образование оксида железа и, следовательно, отложение BIF. [28] [29] [30] Другие механизмы включают окисление ультрафиолетовым светом . [31] Действительно, BIF происходят на больших участках истории Земли и могут не коррелировать только с одним событием. [30]
Другие изменения, коррелирующие с повышением содержания кислорода, включают появление ржаво-красных древних палеопочв . [19] различное изотопное фракционирование таких элементов, как сера , [32] глобальные оледенения и явления «Земля-снежок» , [33] возможно, вызвано окислением метана кислородом, не говоря уже о пересмотре типов организмов и метаболизма на Земле. В то время как организмы до появления кислорода, вероятно, были отравлены газообразным кислородом, как и многие анаэробы сегодня. [34] те, кто разработал способы использования способности кислорода принимать электроны и давать энергию, были готовы к процветанию и колонизации аэробной среды.
Земля изменилась [ править ]
Земля не осталась прежней с момента своего планетарного образования 4,5 миллиарда лет назад. [35] [36] Континенты формировались, распадались и сталкивались, создавая новые возможности и препятствия для распространения жизни. Изменилось окислительно-восстановительное состояние атмосферы и океанов, о чем свидетельствуют изотопные данные. Колеблющиеся количества неорганических соединений, таких как углекислый газ , азот , метан и кислород, были обусловлены развитием новых биологических метаболизмов жизни для производства этих химических веществ и стимулировали эволюцию новых метаболизмов для использования этих химических веществ. Земля приобрела магнитное поле около 3,4 млрд лет назад [37] которая претерпела серию геомагнитных инверсий порядка миллионов лет. [38] Температура поверхности постоянно колеблется, падая во время оледенений и событий «Земля-снежок» из-за обратной связи между льдом и альбедо . [39] поднимается и тает из-за вулканического выделения газов и стабилизируется из-за воздействия силикатного выветривания . [40]
И Земля не единственная, кто изменился – светимость Солнца со временем увеличилась. Поскольку в горных породах зафиксирована история относительно постоянных температур с момента зарождения Земли, должно быть, было больше парниковых газов , чтобы поддерживать температуру на высоком уровне в архейском периоде, когда Солнце было моложе и слабее. [41] Все эти основные различия в окружающей среде Земли налагали совершенно разные ограничения на эволюцию жизни на протяжении всей истории нашей планеты. Более того, всегда происходят более тонкие изменения в среде обитания жизни, формирующие организмы и следы, которые мы наблюдаем сегодня и в летописях горных пород.
геобиологическую функцию историю Гены кодируют и
Генетический код является ключом к наблюдению за историей эволюции и пониманию возможностей организмов. Гены являются основной единицей наследственности и функций и, как таковые, являются основной единицей эволюции и средством метаболизма . [42]
Филогения историю предсказывает эволюции
Филогения берет генетические последовательности живых организмов и сравнивает их друг с другом, чтобы выявить эволюционные связи, подобно тому, как генеалогическое древо показывает, как люди связаны со своими дальними родственниками. [43] Это позволяет нам расшифровать современные отношения и сделать вывод о том, как эволюция происходила в прошлом.
Филогения может дать некоторое представление об истории в сочетании с немного большей информацией. Каждое различие в ДНК указывает на расхождение между одним видом и другим. [43] Это расхождение, будь то в результате дрейфа или естественного отбора, отражает некоторый промежуток времени. [43] Сравнение последовательностей ДНК само по себе дает запись истории эволюции с произвольной мерой филогенетического расстояния, «датирующего» последнего общего предка. Однако, если доступна информация о скорости генетических мутаций или присутствуют геологические маркеры для калибровки эволюционного расхождения (т. е. окаменелости ), у нас есть временная шкала эволюции. [44] Отсюда, имея представление о других одновременных изменениях в жизни и окружающей среде, мы можем начать размышлять о том, почему могли быть выбраны определенные эволюционные пути. [45]
Гены метаболизм кодируют
Молекулярная биология позволяет ученым понять функцию гена с помощью микробного культивирования и мутагенеза . Поиск подобных генов в других организмах, а также в метагеномных и метатранскриптомных данных позволяет нам понять, какие процессы могут быть актуальными и важными в данной экосистеме, обеспечивая понимание биогеохимических циклов в этой среде.
Например, интересной проблемой геобиологии является роль организмов в глобальном круговороте метана . Генетика показала, что ген метанмонооксигеназы ( pmo ) используется для окисления метана и присутствует у всех аэробных метан-окислителей или метанотрофов . [46] Присутствие последовательностей ДНК гена pmo в окружающей среде можно использовать в качестве показателя метанотрофии. [47] [48] Более обобщающим инструментом является ген 16S рибосомальной РНК , обнаруженный у бактерий и архей. Этот ген развивается очень медленно с течением времени и обычно не передается горизонтально , поэтому его часто используют для различения различных таксономических единиц организмов в окружающей среде. [9] [49] Таким образом, гены являются ключом к метаболизму и идентичности организма. Генетика позволяет нам спрашивать: «Кто там?» и «что они делают?» Этот подход называется метагеномикой . [49]
окружающую на Метаболическое разнообразие влияет среду
Жизнь использует химические реакции для выработки энергии, биосинтеза и устранения отходов. [52] Разные организмы используют совершенно разные метаболические подходы для удовлетворения этих основных потребностей. [53] В то время как животные, такие как мы, ограничены аэробным дыханием , другие организмы могут «дышать» сульфатом (SO42-), нитратом (NO3-), трехвалентным железом (Fe(III)) и ураном (U(VI)) или жить за счет энергия брожения . [53] Некоторые организмы, например растения, являются автотрофами , то есть могут улавливать углекислый газ для биосинтеза. Растения являются фотоавтотрофами , поскольку они используют энергию света для фиксации углерода. Микроорганизмы используют оксигенную и аноксигенную фотоавтотрофию, а также хемоавтотрофию . Микробные сообщества могут координировать свои действия в синтрофном метаболизме, чтобы изменить кинетику реакций в свою пользу. Многие организмы могут осуществлять множественный метаболизм для достижения одной и той же конечной цели; их называют миксотрофами . [53]
Биотический метаболизм напрямую связан с глобальным круговоротом элементов и соединений на Земле. Геохимическая среда питает жизнь, которая затем производит различные молекулы, которые попадают во внешнюю среду. (Это имеет прямое отношение к биогеохимии .) Кроме того, биохимические реакции катализируются ферментами, которые иногда предпочитают один изотоп другим. Например, кислородный фотосинтез катализируется RuBisCO , который предпочитает углерод-12 углероду-13, что приводит к фракционированию изотопов углерода в породах. [54]
историю рассказывают Осадочные породы
Осадочные породы сохраняют остатки истории жизни на Земле в виде окаменелостей , биомаркеров , изотопов и других следов. Летопись породы далека от совершенства, а сохранение биосигнатур — редкое явление. Понимание того, какие факторы определяют степень сохранности и значение того, что сохраняется, является важным компонентом для распутывания древней истории совместной эволюции жизни и Земли. [8] Летопись осадочных пород позволяет ученым наблюдать изменения в жизни и составе Земли с течением времени, а иногда даже датировать крупные изменения, такие как события вымирания.
Некоторые классические примеры геобиологии в осадочной летописи включают строматолиты и образования полосчатого железа. Роль жизни в происхождении того и другого является широко обсуждаемой темой. [19]
Жизнь – это, по сути, химия [ править ]
Первая жизнь возникла в результате абиотических химических реакций . Когда это произошло, как это произошло и даже на какой планете это произошло, неизвестно. Однако жизнь следует правилам и возникла из безжизненной химии и физики . Это ограничено такими принципами, как термодинамика . Это важная концепция в этой области, поскольку она представляет собой воплощение взаимосвязанности, если не одинаковости, жизни и Земли. [55]
часто делегируются области астробиологии , они также актуальны и для геобиологии. Хотя попытки понять, как и когда возникла жизнь, [56] Первые крупные шаги к пониманию того, «как» были сделаны благодаря эксперименту Миллера-Юри , когда аминокислоты образовались из смоделированного « первичного супа ». Другая теория состоит в том, что жизнь зародилась в системе, очень похожей на гидротермальные жерла в срединно-океанических центрах распространения . В синтезе Фишера-Тропша различные углеводороды в условиях, подобных жерлам, образуются . Другие идеи включают гипотезу «мира РНК» , которая постулирует, что первой биологической молекулой была РНК , и идею о том, что жизнь зародилась где-то в Солнечной системе и была принесена на Землю, возможно, через метеорит . [55]
Методология [ править ]
Хотя геобиология представляет собой разнообразную и разнообразную область, охватывающую идеи и методы из широкого спектра дисциплин, существует ряд важных методов, которые являются ключевыми для изучения взаимодействия жизни и Земли, и которые освещены здесь. [3]
- Лабораторное культивирование микробов используется для характеристики метаболизма и образа жизни представляющих интерес организмов.
- генов Секвенирование позволяет ученым изучать взаимоотношения между современными организмами с помощью филогенетики.
- Экспериментальные генетические манипуляции или мутагенез используются для определения функции генов в живых организмах.
- Микроскопия используется для визуализации микробного мира. Работа с микроскопом варьируется от наблюдения за окружающей средой до количественных исследований с помощью зондов ДНК и визуализации границы раздела микроб-минерал в высоком разрешении с помощью электронного микроскопа (ЭМ).
- Изотопные индикаторы можно использовать для отслеживания биохимических реакций и понимания микробного метаболизма.
- Естественное содержание изотопов в горных породах можно измерить, чтобы определить фракционирование изотопов , соответствующее биологическому происхождению.
- Детальная характеристика окружающей среды важна для понимания того, что в среде обитания может стимулировать эволюцию жизни и, в свою очередь, как жизнь может изменить эту нишу. Оно включает, помимо прочего, температуру, свет, pH, соленость, концентрацию определенных молекул, таких как кислород, и биологическое сообщество.
- седиментология и стратиграфия Для изучения горных пород используются . Летопись горных пород хранит историю геобиологических процессов в отложениях, которую можно раскрыть, понимая процессы отложения , седиментации , уплотнения , диагенеза и деформации .
- Поиск и изучение окаменелостей, хотя их часто отводят в отдельную область палеонтологии , играют важную роль в геобиологии, хотя масштабы окаменелостей обычно меньшие ( микропалеонтология ).
- Биохимический анализ биомаркеров , которые представляют собой окаменелые или современные молекулы, указывающие на присутствие определенной группы организмов или метаболизма, используется для ответа на вопросы о доказательствах жизни и метаболического разнообразия. [8]
- Палеомагнетизм — это исследование древнего магнитного поля планеты. Это важно для понимания магнитофоссилий , биоминерализации и глобальных изменений экосистем.
[ править ]
Как следует из названия, геобиология тесно связана со многими другими областями исследований и не имеет четко определенных границ или полного согласия относительно того, что именно они включают. Некоторые практики придерживаются очень широкого взгляда на его границы, охватывая многие старые и более устоявшиеся области, такие как биогеохимия, палеонтология и микробная экология. Другие придерживаются более узкой точки зрения, приписывая ее новым исследованиям, которые находятся между этими существующими областями, например, геомикробиологии. В следующий список входят как те, которые явно являются частью геобиологии, например, геомикробиология, так и те, которые разделяют научные интересы, но исторически не считались субдисциплиной геобиологии, например, палеонтология.
Астробиология [ править ]
Астробиология — это междисциплинарная область, которая использует сочетание геобиологических и планетарных данных для установления контекста поиска жизни на других планетах . Происхождение жизни из неживой химии и геологии, или абиогенез , является основной темой астробиологии. Несмотря на то, что это в основном проблема, связанная с Землей и, следовательно, представляющая большой геобиологический интерес, изучение происхождения жизни требует рассмотрения того, что требуется для жизни, что особенного на Земле, если вообще что-то есть, что могло измениться, чтобы позволить жизни расцвести, что представляет собой свидетельство существования жизни и даже то, что представляет собой саму жизнь. Это те же вопросы, которые ученые могут задать при поиске инопланетной жизни. Кроме того, астробиологи исследуют возможность жизни на основе другого метаболизма и элементов, выживаемость земных организмов на других планетах или космических кораблях, эволюцию планет и солнечной системы, а также космическую геохимию. [57]
Биогеохимия [ править ]
Биогеохимия — это системная наука, которая синтезирует изучение биологических, геологических и химических процессов для понимания реакций и состава природной среды. В первую очередь он касается глобальных элементарных циклов, таких как цикл азота и углерода. Отцом биогеохимии был Джеймс Лавлок , чья « гипотеза Геи » предположила, что биологические, химические и геологические системы Земли взаимодействуют, чтобы стабилизировать условия на Земле, поддерживающие жизнь. [58]
Геобиохимия [ править ]
Геобиохимия похожа на биогеохимию , но отличается тем, что уделяет особое внимание влиянию геологии на развитие биохимических процессов жизни, в отличие от роли жизни в земных циклах. Его основная цель — связать биологические изменения, включая эволюционные модификации генов и изменения в экспрессии генов и белков, с изменениями температуры, давления и состава геохимических процессов, чтобы понять, когда и как развивался метаболизм. Геобиохимия основана на представлении о том, что жизнь — это планетарный ответ, поскольку метаболический катализ позволяет высвободить энергию, захваченную остывающей планетой. [59]
Экологическая микробиология
Микробиология — это широкая научная дисциплина, занимающаяся изучением той жизни, которую лучше всего рассматривать под микроскопом. Она охватывает несколько областей, имеющих непосредственное отношение к геобиологии, и все инструменты микробиологии относятся к геобиологии. Экологическая микробиология особенно переплетена с геобиологией, поскольку она направлена на понимание реальных организмов и процессов, которые имеют отношение к природе, в отличие от традиционного лабораторного подхода к микробиологии. Микробная экология аналогична, но, как правило, больше фокусируется на лабораторных исследованиях и отношениях между организмами внутри сообщества, а также внутри экосистемы их химической и геологической физической среды. Оба метода основаны на таких методах, как сбор образцов из различных сред, метагеномика , секвенирование ДНК и статистика .
микробная и геохимия Геомикробиология
Геомикробиология традиционно изучает взаимодействие микробов и минералов . Хотя микробная геохимия обычно полагается на инструменты микробиологии, она использует геологические и химические методы, чтобы подойти к той же теме с точки зрения горных пород. Геомикробиология и микробная геохимия (ГМГ) — относительно новая междисциплинарная область, которая в более широком смысле изучает взаимоотношения между микробами, Землей и системами окружающей среды. Заявленная как часть геобиологии и геохимии, GMG стремится понять элементарные биогеохимические циклы и эволюцию жизни на Земле. В частности, он задает вопросы о том, где живут микробы, их локальное и глобальное распространение, их структурная и функциональная биохимия, как они развивались, биоминерализация, а также их потенциал сохранения и присутствие в летописи горных пород. Во многих отношениях GMG кажется эквивалентом геобиологии, но отличается по объему: геобиология фокусируется на роли всей жизни, тогда как GMG является строго микробной. Тем не менее, именно эти мельчайшие существа доминировали в истории жизни, интегрированной с течением времени, и, похоже, имели самые далеко идущие последствия. [60]
Молекулярная геомикробиология
Молекулярная геомикробиология использует механистический подход к пониманию биологических процессов, имеющих геологическое значение. Он может находиться на уровне ДНК, белка, липидов или любого метаболита . Одним из примеров исследований в области молекулярной геомикробиологии является изучение того, как недавно образовавшиеся лавовые поля колонизируются микробами. Университет Хельсинки в настоящее время проводит исследования, чтобы определить, какие конкретные микробные признаки необходимы для успешной первоначальной колонизации и как волны микробной сукцессии могут превратить вулканическую породу в плодородную почву. [61]
Органическая геохимия [ править ]
Органическая геохимия — это изучение органических молекул, которые появляются в летописи окаменелостей в осадочных породах. Исследования в этой области касаются молекулярных окаменелостей , которые часто являются липидными биомаркерами. Молекулы, такие как стерины и гопаноиды, мембранные липиды, обнаруженные у эукариот и бактерий соответственно, могут сохраняться в летописях горных пород на протяжении миллиардов лет. После смерти организма, из которого они произошли, и осаждения они подвергаются процессу, называемому диагенезом , при котором многие специфические функциональные группы липидов теряются, но углеводородный скелет остается нетронутым. Эти окаменелые липиды называются стеранами и гопанами соответственно. [62] Существуют также другие типы молекулярных ископаемых, такие как порфирины , открытие которых в нефти Альфредом Трейбсом фактически привело к открытию этой области. [8] Другие аспекты геохимии , которые также имеют отношение к геобиологии, включают изотопную геохимию, в которой ученые ищут фракционирование изотопов в горных породах, и химический анализ биоминералов , таких как магнетит или микробиологическое осаждение золота.
Палеонтология [ править ]
Возможно, самая старая из всех, палеонтология – это изучение окаменелостей. Он включает в себя открытие, раскопки, датировку и палеоэкологическое понимание любого типа окаменелостей, микробов или динозавров, следов или окаменелостей тел. Микропалеонтология особенно важна для геобиологии. Предполагаемые бактериальные микроокаменелости и древние строматолиты используются в качестве доказательства развития метаболизма, такого как кислородный фотосинтез. [63] Поиск молекулярных окаменелостей, таких как липидные биомаркеры, такие как стераны и гопаны, также сыграл важную роль в геобиологии и органической геохимии. [8] Соответствующие субдисциплины включают палеоэкологию и палеобиогеографию .
Биогеография [ править ]
Биогеография – это изучение географического распределения жизни во времени. Он может смотреть на нынешнее распределение организмов по континентам или между микронишами, или на распределение организмов во времени или в прошлом, что называется палеобиогеографией.
Эволюционная биология [ править ]
Эволюционная биология — это изучение эволюционных процессов, которые сформировали разнообразие жизни на Земле. Он включает в себя генетику , экологию, биогеографию и палеонтологию для анализа таких тем, как естественный отбор , изменчивость, адаптация , дивергенция, генетический дрейф и видообразование .
Экогидрология [ править ]
Экогидрология — междисциплинарная область, изучающая взаимодействие воды и экосистем. Стабильные изотопы воды иногда используются в качестве индикаторов источников воды и путей потока между физической средой и биосферой. [64] [65]
См. также [ править ]
Ссылки [ править ]
- ^ «Жизнь в условиях сильной жары — Йеллоустонский национальный парк (Служба национальных парков США)» . www.nps.gov . Проверено 4 июня 2016 г.
- ^ Дилек, Йылдирим; Харальд Фернес; Карлис Мюленбахс (2008). Связи между геологическими процессами, микробной деятельностью и эволюцией жизни . Спрингер. п. против ISBN 978-1-4020-8305-1 .
- ^ Перейти обратно: а б с д Нолл, Эндрю Х.; Кэнфилд, профессор Дон Э.; Конхаузер, Курт О. (30 марта 2012 г.). Основы геобиологии . Джон Уайли и сыновья. ISBN 9781118280881 .
- ^ Перейти обратно: а б Бекинг, LGM Баас (2015). Кэнфилд, Дональд Э. (ред.). Геобиология Бааса Бекинга . Джон Уайли и сыновья.
- ^ Вернадский, Владимир Иванович (1926). Биосфера .
- ^ Виноградский, Сергей (1887). «О серобактериях». Газета (45): 489–610.
- ^ Трейбс, Альфред (19 сентября 1936 г.). «Производные хлорофилла и гемина в органических минералах». Прикладная химия . 49 (38): 682–686. Бибкод : 1936АнгЧ..49..682Т . дои : 10.1002/anie.19360493803 . ISSN 1521-3757 .
- ^ Перейти обратно: а б с д Это Гейнс, С.М. (2008). Эхо жизни: что ископаемые молекулы рассказывают об истории Земли . Издательство Оксфордского университета, США.
- ^ Перейти обратно: а б Вёзе, Карл Р.; Фокс, Джордж Э. (1 ноября 1977 г.). «Филогенетическая структура прокариотической области: первичные царства» . Труды Национальной академии наук . 74 (11): 5088–5090. Бибкод : 1977PNAS...74.5088W . дои : 10.1073/pnas.74.11.5088 . ISSN 0027-8424 . ПМК 432104 . ПМИД 270744 .
- ^ «Геобиология». Геобиология . дои : 10.1111/(issn) 1472-4669 .
- ^ «Редакторы журнала Biogeosciences обсуждают успех журнала - ScienceWatch.com - Thomson Reuters» . archive.sciencewatch.com . Рейтер . Проверено 20 мая 2016 г.
- ^ «Гордонские исследовательские конференции - Подробности конференции - Геобиология» . www.grc.org . Проверено 20 мая 2016 г.
- ^ Честное слово, Генри Лутц; Ньюман, Дайан К.; Капплер, Андреас (15 октября 2015 г.). Геомикробиология Эрлиха, шестое издание . ЦРК Пресс. ISBN 9781466592414 .
- ^ Беккер, Андрей (01 января 2014 г.). «Великое событие оксигенации». В Амилсе, Рикардо; Гарго, Мюриэль; Кинтанилья, Хосе Серничаро; Кливс, Хендерсон Джеймс; Ирвин, Уильям М.; Пинти, Даниэле; Визо, Мишель (ред.). Энциклопедия астробиологии . Шпрингер Берлин Гейдельберг. стр. 1–9. дои : 10.1007/978-3-642-27833-4_1752-4 . ISBN 9783642278334 .
- ^ Даути, CE; Вольф, А.; Малхи, Ю. (2013). «Наследие вымирания плейстоценовой мегафауны на доступность питательных веществ в Амазонии» . Природа Геонауки . 6 (9): 761–764. Бибкод : 2013NatGe...6..761D . дои : 10.1038/ngeo1895 . [ постоянная мертвая ссылка ]
- ^ Баттерфилд, Нью-Джерси (2011). «Животные и изобретение фанерозойской системы Земли». Тенденции в экологии и эволюции . 26 (2): 81–87. дои : 10.1016/j.tree.2010.11.012 . ПМИД 21190752 .
- ^ Дарвин, К. (1859). О происхождении вида Лондон. Великобритания: Джон Мюррей .
- ^ Лайонс, Тимоти В.; Рейнхард, Кристофер Т.; Планавский, Ной Дж. (2014). «Повышение содержания кислорода в раннем океане и атмосфере Земли». Природа . 506 (7488): 307–315. Бибкод : 2014Natur.506..307L . дои : 10.1038/nature13068 . ПМИД 24553238 . S2CID 4443958 .
- ^ Перейти обратно: а б с д Фишер, Вудворд В.; Конопля, Джеймс; Джонсон, Йена Э. (28 июня 2013 г.). «Эволюция кислородного фотосинтеза» . Ежегодный обзор наук о Земле и планетах . 44 : 647–683. Бибкод : 2016AREPS..44..647F . doi : 10.1146/annurev-earth-060313-054810 . ISSN 0084-6597 .
- ^ Холланд, Генрих Д. (1 ноября 2002 г.). «Вулканические газы, черные курильщики и великое событие окисления». Geochimica et Cosmochimica Acta . 66 (21): 3811–3826. Бибкод : 2002GeCoA..66.3811H . дои : 10.1016/S0016-7037(02)00950-X .
- ^ Гайяр, Фабрис; Скайлет, Бруно; Арндт, Николас Т. (2011). «Атмосферная оксигенация, вызванная изменением давления вулканической дегазации» (PDF) . Природа . 478 (7368): 229–232. Бибкод : 2011Natur.478..229G . дои : 10.1038/nature10460 . ПМИД 21993759 . S2CID 205226436 .
- ^ Анбар, Ариэль Д.; Дуань, Юн; Лайонс, Тимоти В.; Арнольд, Гейл Л.; Кендалл, Брайан; Кризер, Роберт А.; Кауфман, Алан Дж.; Гордон, Гвинет В.; Скотт, Клинтон (28 сентября 2007 г.). «Запах кислорода перед великим событием окисления?». Наука . 317 (5846): 1903–1906. Бибкод : 2007Sci...317.1903A . дои : 10.1126/science.1140325 . ISSN 1095-9203 . ПМИД 17901330 . S2CID 25260892 .
- ^ Киршвинк, Джозеф Л.; Копп, Роберт Э (27 августа 2008 г.). «Палеопротерозойские ледяные дома и эволюция ферментов, опосредующих кислород: доводы в пользу позднего происхождения фотосистемы II» . Философские труды Королевского общества B: Биологические науки . 363 (1504): 2755–2765. дои : 10.1098/rstb.2008.0024 . ISSN 0962-8436 . ПМК 2606766 . ПМИД 18487128 .
- ^ Сверженский, Дмитрий А.; Ли, Намхи (01 февраля 2010 г.). «Великое событие окисления и диверсификация полезных ископаемых». Элементы . 6 (1): 31–36. дои : 10.2113/gselements.6.1.31 . ISSN 1811-5209 .
- ^ Джонсон, Йена Э.; Герфейда, Айя; Лэмб, Майкл П.; Фишер, Вудворд В. (2014). «Ограничения O 2 из палеопротерозойского обломочного пирита и уранинита». Бюллетень Геологического общества Америки . 126 (5–6): 813–830. Бибкод : 2014GSAB..126..813J . дои : 10.1130/b30949.1 .
- ^ Клауд, П. (1973). «Палеоэкологическое значение полосчатой железистой формации». Экономическая геология . 68 (7): 1135–1143. Бибкод : 1973EcGeo..68.1135C . дои : 10.2113/gsecongeo.68.7.1135 .
- ^ Цзяо, Юнцинь; Капплер, Андреас; Кроал, Лаура Р.; Ньюман, Дайан К. (1 августа 2005 г.). «Выделение и характеристика генетически поддающейся фотоавтотрофной Fe(II)-окисляющей бактерии, штамма Rhodopseudomonas palustris TIE-1» . Прикладная и экологическая микробиология . 71 (8): 4487–4496. Бибкод : 2005ApEnM..71.4487J . дои : 10.1128/АЕМ.71.8.4487-4496.2005 . ISSN 0099-2240 . ПМЦ 1183355 . PMID 16085840 .
- ^ Кроу, Шон А.; Джонс, КэрриЭйн; Кацев, Сергей; Маген, Седрик; О'Нил, Эндрю Х.; Штурм, Арне; Кэнфилд, Дональд Э.; Хаффнер, Г. Дуглас; Муччи, Альфонсо (14 октября 2008 г.). «Фотоферротрофы процветают в аналоге архейского океана» . Труды Национальной академии наук . 105 (41): 15938–15943. Бибкод : 2008PNAS..10515938C . дои : 10.1073/pnas.0805313105 . ISSN 0027-8424 . ПМК 2572968 . ПМИД 18838679 .
- ^ Капплер, Андреас; Паскеро, Клаудия; Конхаузер, Курт О.; Ньюман, Дайан К. (2005). «Отложение полосчатых железных образований аноксигенными фототрофными Fe(II)-окисляющими бактериями». Геология . 33 (11): 865. Бибкод : 2005Гео....33..865К . дои : 10.1130/g21658.1 .
- ^ Перейти обратно: а б Конхаузер, Курт О.; Хамаде, Тристан; Рэйсуэлл, Роб; Моррис, Ричард С.; Феррис, Ф. Грант; Саутэм, Гордон; Кэнфилд, Дональд Э. (1 декабря 2002 г.). «Могли ли бактерии образовать докембрийские полосчатые железные образования?». Геология . 30 (12): 1079–1082. Бибкод : 2002Geo....30.1079K . doi : 10.1130/0091-7613(2002)030<1079:CBHFTP>2.0.CO;2 . ISSN 0091-7613 .
- ^ Кэрнс-Смит, АГ (21 декабря 1978 г.). «Фотохимия докембрийского раствора, обратная сегрегация и полосчатые образования железа». Природа . 276 (5690): 807–808. Бибкод : 1978Natur.276..807C . дои : 10.1038/276807a0 . S2CID 4315423 .
- ^ Фаркуар, ноль; Бао, ноль; Тименс, ноль (4 августа 2000 г.). «Атмосферное влияние самого раннего цикла серы на Земле». Наука . 289 (5480): 756–759. Бибкод : 2000Sci...289..756F . дои : 10.1126/science.289.5480.756 . ISSN 1095-9203 . ПМИД 10926533 . S2CID 12287304 .
- ^ Копп, Роберт Э.; Киршвинк, Джозеф Л.; Хилберн, Исаак А.; Нэш, Коди З. (9 августа 2005 г.). «Палеопротерозойская Земля-снежок: климатическая катастрофа, вызванная эволюцией кислородного фотосинтеза» . Труды Национальной академии наук Соединенных Штатов Америки . 102 (32): 11131–11136. Бибкод : 2005PNAS..10211131K . дои : 10.1073/pnas.0504878102 . ISSN 0027-8424 . ПМЦ 1183582 . ПМИД 16061801 .
- ^ Пан, Н.; Имлей, Дж.А. (01 марта 2001 г.). «Как кислород подавляет центральный метаболизм у облигатных анаэробов Bacteroides thetaiotaomicron» . Молекулярная микробиология . 39 (6): 1562–1571. дои : 10.1046/j.1365-2958.2001.02343.x . ISSN 0950-382X . ПМИД 11260473 .
- ^ Паттерсон, Клэр (1 октября 1956 г.). «Эпоха метеоритов и Земли». Geochimica et Cosmochimica Acta . 10 (4): 230–237. Бибкод : 1956GeCoA..10..230P . дои : 10.1016/0016-7037(56)90036-9 .
- ^ Уайльд, ЮАР; Вэлли, JW; Пек, Вашингтон; Грэм, CM (11 января 2001 г.). «Свидетельства обломочных цирконов о существовании континентальной коры и океанов на Земле 4,4 миллиарда лет назад». Природа . 409 (6817): 175–178. Бибкод : 2001Natur.409..175W . дои : 10.1038/35051550 . ISSN 0028-0836 . ПМИД 11196637 . S2CID 4319774 .
- ^ Тардуно, Джон А.; Блэкман, Эрик Г.; Мамаек, Эрик Э. (01 августа 2014 г.). «Обнаружение старейшего геодинамо и сопутствующей защиты от солнечного ветра: последствия для обитаемости». Физика Земли и недр планет . 233 : 68–87. arXiv : 1502.04410 . Бибкод : 2014PEPI..233...68T . дои : 10.1016/j.pepi.2014.05.007 . S2CID 118656570 .
- ^ Ларсон, Роджер Л.; Хильда, Томас У.К. (10 июня 1975 г.). «Пересмотренная временная шкала инверсий магнитного поля для раннего мела и поздней юры». Журнал геофизических исследований . 80 (17): 2586–2594. Бибкод : 1975JGR....80.2586L . дои : 10.1029/JB080i017p02586 . ISSN 2156-2202 .
- ^ Карри, Дж.А.; Шрамм, Дж.Л.; Эберт, Э.Э. (1 января 1996 г.). «Механизм климатической обратной связи по альбедо морского льда» . Обзор океанографической литературы . 2 (43). ISSN 0967-0653 .
- ^ Уокер, Джеймс К.Г.; Хейс, П.Б.; Кастинг, Дж. Ф. (20 октября 1981 г.). «Механизм отрицательной обратной связи для долгосрочной стабилизации температуры поверхности Земли». Журнал геофизических исследований: Океаны . 86 (С10): 9776–9782. Бибкод : 1981JGR....86.9776W . дои : 10.1029/JC086iC10p09776 . ISSN 2156-2202 .
- ^ Фойлнер, Георг (01 июня 2012 г.). «Проблема слабого молодого Солнца». Обзоры геофизики . 50 (2): РГ2006. arXiv : 1204.4449 . Бибкод : 2012RvGeo..50.2006F . дои : 10.1029/2011RG000375 . ISSN 1944-9208 . S2CID 119248267 .
- ^ «Что такое ген?» . Домашний справочник по генетике . Проверено 26 мая 2016 г.
- ^ Перейти обратно: а б с Ней М. и Кумар С. (2000). Молекулярная эволюция и филогенетика . Издательство Оксфордского университета.
- ^ Смит, Эндрю Б.; Петерсон, Кевин Дж. (1 января 2002 г.). «Датирование времени происхождения основных клад: молекулярные часы и летопись окаменелостей». Ежегодный обзор наук о Земле и планетах . 30 (1): 65–88. Бибкод : 2002AREPS..30...65S . doi : 10.1146/annurev.earth.30.091201.140057 .
- ^ Добжанский, Феодосий (1 марта 1973). «Ничто в биологии не имеет смысла, кроме как в свете эволюции». Американский учитель биологии . 35 (3): 125–129. CiteSeerX 10.1.1.324.2891 . дои : 10.2307/4444260 . ISSN 0002-7685 . JSTOR 4444260 . S2CID 207358177 .
- ^ Хэнсон, РС; Хэнсон, TE (1 июня 1996 г.). «Метанотрофные бактерии» . Микробиологические обзоры . 60 (2): 439–471. дои : 10.1128/MMBR.60.2.439-471.1996 . ISSN 0146-0749 . ПМК 239451 . ПМИД 8801441 .
- ^ Холмс, Эндрю Дж.; Оуэнс, Ник Дж. П.; Мюррелл, Дж. Колин (1 января 1995 г.). «Обнаружение новых морских метанотрофов с использованием филогенетических и функциональных генных зондов после обогащения метаном» . Микробиология . 141 (8): 1947–1955. дои : 10.1099/13500872-141-8-1947 . ПМИД 7551057 .
- ^ Луескен, Франциска А.; Чжу, Баоли; Ален, Тео А. ван; Батлер, Маргарет К.; Диас, Марина Родригес; Сон, Понкын; Кэмп, Хууб Дж.М. Опубликовано; Джеттен, Майк С.М.; Эттвиг, Катарина Ф. (1 июня 2011 г.). «Праймеры pmoA для обнаружения анаэробных метанотрофов» . Прикладная и экологическая микробиология . 77 (11): 3877–3880. Бибкод : 2011ApEnM..77.3877L . дои : 10.1128/АЕМ.02960-10 . ISSN 0099-2240 . ПМК 3127593 . ПМИД 21460105 .
- ^ Перейти обратно: а б Ризенфельд, Кристиан С.; Шлосс, Патрик Д.; Хандельсман, Джо (1 января 2004 г.). «Метагеномика: геномный анализ микробных сообществ». Ежегодный обзор генетики . 38 : 525–552. CiteSeerX 10.1.1.526.482 . дои : 10.1146/annurev.genet.38.072902.091216 . ISSN 0066-4197 . ПМИД 15568985 .
- ^ Перейти обратно: а б Гротцингер, Джон П.; Нолл, Эндрю Х. (1999). «СТРОМАТОЛИТЫ В ДОКАМБРИЙСКИХ КАРБОНАТАХ: Эволюционные вехи или экологические ориентиры?». Ежегодный обзор наук о Земле и планетах . 27 (1): 313–358. Бибкод : 1999AREPS..27..313G . дои : 10.1146/annurev.earth.27.1.313 . ПМИД 11543060 .
- ^ Хофманн, HJ; Грей, К.; Хикман, А.Х.; Торп, Род-Айленд (1 августа 1999 г.). «Хофманн Х.Дж., Грей К., Хикман А.Х. и Торп Р.И. Происхождение конуформных строматолитов возрастом 3,45 млрд лет в группе Варравуна, Западная Австралия. Geol. Soc. Am. Bull. 111, 1256-1262» . Бюллетень Геологического общества Америки . 111 (8): 1256–1262. Бибкод : 1999GSAB..111.1256H . doi : 10.1130/0016-7606(1999)111<1256:OOGCSI>2.3.CO;2 . ISSN 0016-7606 .
- ^ Берг, Дж. М., Тимочко, Дж. Л., и Страйер, Л. (2002). Биохимия. 5-й.
- ^ Перейти обратно: а б с Л, Слончевски, Джоан; В., Фостер, Джон (01 октября 2013 г.). Микробиология: развивающаяся наука: третье международное студенческое издание . WW Нортон и компания. ISBN 9780393923216 .
{{cite book}}: CS1 maint: несколько имен: список авторов ( ссылка ) - ^ Стабильные изотопы и взаимоотношения растительного углерода и воды . Эльзевир. 2012-12-02. ISBN 9780080918013 .
- ^ Перейти обратно: а б МакКоллом, Томас М. (1 января 2013 г.). «Миллер-Юри и не только: что мы узнали о реакциях органического синтеза пребиотиков за последние 60 лет?». Ежегодный обзор наук о Земле и планетах . 41 (1): 207–229. Бибкод : 2013AREPS..41..207M . doi : 10.1146/annurev-earth-040610-133457 .
- ^ Шарф, Калеб; Дева, Натаниэль; Кливс, Х. Джеймс; Аоно, Масаси; Обер-Като, Натаниэль; Айдыноглу, Арсев; Бараона, Ана; Бардж, Лаура М.; Беннер, Стивен А. (01 декабря 2015 г.). «Стратегия исследования происхождения жизни» . Астробиология . 15 (12): 1031–1042. Бибкод : 2015AsBio..15.1031S . дои : 10.1089/ast.2015.1113 . ISSN 1531-1074 . ПМЦ 4683543 . ПМИД 26684503 .
- ^ «Астробиология НАСА» . astrobiology.nasa.gov . Проверено 26 мая 2016 г.
- ^ Лавлок, Джеймс (28 сентября 2000 г.). Гайя: новый взгляд на жизнь на Земле . ОУП Оксфорд. ISBN 9780191606694 .
- ^ Шок, Эверетт Л.; Бойд, Эрик С. (1 декабря 2015 г.). «Принципы геобиохимии». Элементы . 11 (6): 395–401. дои : 10.2113/gselements.11.6.395 . ISSN 1811-5209 .
- ^ Друшель, Грегори К.; Капплер, Андреас (01 декабря 2015 г.). «Геомикробиология и микробная геохимия». Элементы . 11 (6): 389–394. дои : 10.2113/gselements.11.6.389 . hdl : 1805/10102 . ISSN 1811-5209 .
- ^ «Геомикробиология» . Университет Хельсинки . 27 января 2017 г. Проверено 9 февраля 2020 г.
- ^ Брокс, Йохен Дж.; Логан, Грэм А.; Бьюик, Роджер; Вызов, Роджер Э. (13 августа 1999 г.). «Архейские молекулярные окаменелости и раннее появление эукариотов». Наука . 285 (5430): 1033–1036. Бибкод : 1999Sci...285.1033B . CiteSeerX 10.1.1.516.9123 . дои : 10.1126/science.285.5430.1033 . ISSN 0036-8075 . ПМИД 10446042 .
- ^ Нолл, Эндрю Х. (22 марта 2015 г.). Жизнь на молодой планете: первые три миллиарда лет эволюции на Земле . Издательство Принстонского университета. ISBN 9781400866045 .
- ^ Эваристо, Хайвиме; Ясечко, Скотт; Макдоннелл, Джеффри Дж. (2015). «Глобальное отделение транспирации растений от грунтовых вод и речного стока». Природа . 525 (7567): 91–94. Бибкод : 2015Natur.525...91E . дои : 10.1038/nature14983 . ПМИД 26333467 . S2CID 4467297 .
- ^ Хорошо, Стивен П.; Никто, Дэвид; Боуэн, Габриэль (10 июля 2015 г.). «Гидрологическая связь ограничивает разделение глобальных потоков наземных вод» . Наука . 349 (6244): 175–177. Бибкод : 2015Sci...349..175G . дои : 10.1126/science.aaa5931 . ISSN 0036-8075 . ПМИД 26160944 .
Внешние ссылки [ править ]
- Геобиология, Научный журнал
- Геобиология в Калифорнийском технологическом институте
- Геобиология в Университете Южной Калифорнии. Архивировано 25 февраля 2020 г. в Wayback Machine.
- Геобиология в Массачусетском технологическом институте. Архивировано 9 ноября 2019 г. в Wayback Machine.
- Геобиология и история Земли в Гарварде
- Геобиология в Стэнфорде. Архивировано 22 июля 2016 г. в Wayback Machine.
- Геобиология в Калифорнийском университете в Лос-Анджелесе
- Agouron - Летние курсы по геобиологии, спонсируемые Университетом Южной Калифорнии, на острове Каталина
- Геобиология в Техасском университете A&M. Архивировано 22 ноября 2015 г. в Wayback Machine.
- Геологическое общество Америки - геобиология. Архивировано 9 ноября 2019 г. в Wayback Machine.
