From Wikipedia, the free encyclopedia
Geobiologija je interdisciplinarna nauka koja proučava interakcije između biosfere i geosfere. To je relativno mlada oblast i naučnih istraživanja koja kombinira i korelira metode i spoznaje mnogih drugih nauka, kao što su: biologija, paleobiologija, paleontologija, genetika, biohemija, fiziologijam geohemija, mikrobiologija, sedimentologija, mineralogija, litologija, petrologija nauke o atmosferii osatala komplementarna područja nauke.[2]
Geobiologija ne proučava samo način života živih organizama, nego i njihove interakcije, a posebno obrasce njihovog uticaja na Zemlju i obrnuto, nego i historijski razvoj tih odnosa. Primjenom različitih bioloških, geoloških i hemijskih i ostalih prirodno-matematičkih metoda, geobiološka istraživanja pokušavaju objasniti koevoluciju života i Zemlje i njihovih složenih međuodnosa, na nivou jedinki, populacija i viših taksomomskih kategorija. Rezultati geobioloških istraživanja su potencijalno veoma primjenljivi u oblasti bioremedijacije i ostalih oblika reparacije oštećenih ekosistema. Glavna podoblast geobiologije geomikrobiologija, koja je usmjerna na proučavanje međuodnosa mikroorganizama i minerala, stijena i drugih komponenti geosfere. Primjer takvog međuodnosa je proces oksigenacije prvobitne Zemljine atmosfere , putem aktivnosti fotosintetskih bakterija. Prvonastali kisik se trošio na oksigenaciju gvožđa što se smatra osnovom masovnog nastanka trakastih gvožđevitih formacija. Ove sedimentne stijene su skoro bez izuzetka prekambrijumskog porijekla.[2]
Blisko povezana oblast istraživanja ove nauke je i astrobiologija, u kojoj se kombiniraju rezultati geobiologije i planetarnih nauka, a u cilju detekcije tragova života na drugim planetama.
Matra se da je termin geobiologija prvi upotrebio Lourens Gerhard Marinus Baas Becking, holandski mikrobiolog i botaničar.[3] On je 1934. godine objavio knjigu Geobiologie: of Inleiding tot de Millieukunde, kada 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“.
Njegov pristup bio je pod uticajem njegovih prethodnika, prije svega njegovog učitelja (Martinus Bajerinka, hol. Martinus Willem Beijerinck), također poznatog mikrobiologa i botaničara. Drugi uticaji su dolazili od Vladimira Vernadskog (rus. Vladimir Ivanovič Vernadskiй, ukr. Volodimir Іvanovič Vernadsьkiй), koji se danas smatra jednim od utemeljitelja geohemije, biogeohemije i radiogeologije. Čuven je i po svojoj knjizi Biosfera (1926) u kojoj iznosi hipotezu da je život „geološka sila“ koja oblikuje Zemlju. .[4] and Sergei Vinogradsky, famous for discovering lithotrophic bacteria.[5] Bio je i pod uticajem i Sergeja Vinogradskog (ukr. Sergій Mikolaйovič Vinogradsьkiй), također poznatog naučnika koji je zaslužan za otkriće litotrofnih bakterija, hemosinteze, uz opisivanje različitih geohemijskih ciklusa ili njihovih dijelova.
Koliko je poznato, prva zvanična laboratorija za geobiologiju bila je otvorene upravo u Bas Bekingova instituciji za geobiologiju u Australiji, koja je otvorena 1965. Ipak, bilo je neophodno narednih oko 40 godina da geobiologija učvrsti svoj položaj kao zasebna naučna disciplina. To se i desilo ponajviše zahvaljujući ogromnom napretku u oblasti geohemije i genetike, koji je omogućio da se definira posebna oblast u kojoj će nauka o životu i Zemlji biti objedinjena.[4][5]
Danas postoje naučni časopisi koji se bave isključivo temama iz ove oblasti. Poznatiji su Geobiology (izlazi od 2003.) i Biogeosciences (od 2004). Mnogi univerziteti širom svijeta, osobito oni prestižni, imaju studijske programe iz geobiologije.[6][7]
Oksigenizacija primordijalne atmosfere pomoću fotosintetskih bakterija smatra se najznačajnijim događajem u Zemljinoj historiji, a za geobiologiju je poznata i kao Velika kisička katastrofa. Uvođenje slobodnog kisika u atmosferu i okeane, zauvijek je izmijenilo površinske biogeohemijske cikluse i tok evolucije života.
Prisustvo kisika je bilo presudno za evoluciju eukariota i pojavu višećelijskih organizama.[4][5]
Porijeklo životinja i izlazak biljaka na kopno, kao i uticaj tih promjena na eroziju tla i kruženje minerala i hranjivih materija, također su imali ogroman značaj za geobiološke procese. Druge pojave od interesa su i globalna izumiranjae, pojava termita i njihova uloga u rastresanju sedimenata, mikrobni sedimenti, postanak koralnih grebenovaa i depozicija kalcij-karbonata te njihova uloga u razbijanju talasa, apsorpcija silicija, djelovanjem sunđera itd.[9][10]
Glavni zadatak većine geobioloških istraživanja je razumijevanje evolucije bioloških procesa i njihovih geoloških poslijedica. Bez obzira što su mnogi aspekti pročavanja ovog tipa u interakciji znanja o prošlosti i sadašnjosti, a neki detalji su i dalje nejasni, postoje neki ključni koncepti koji su polazna tačka u ovakvim istraživanjima.
Ključni koncept geobiologije je da su biološka i geološka koevolucija dva neraskidiva procesa. Shvatanje jednog pomaže da bolje razumijemo drugi. Naprimjer, poznavanje rasprostranjenja i funkcije sterolima sličnih molekula (hopanoida) u bakterijskim membranama može pomoći shvatanju efekata koji su posljedica povišene razine kisika u atmosferi, tokom Velike kisične katastrofe, najznačajnije pojave u geohemijskoj evoluciji Zemlje. S druge strane, znanja iz geohemije o historijskim promjenama na Zemlji, mogu uticati na naučna tumačenja evolucije organela, prije svega o odnosu između hidrogenosoma i mitohondrija.[11]
Zemlja nije ostala trajno ista, od svog postanka prije oko 4,6 milijardi godina do danas. Formirali su se kontinenti, raspadali i sudarali. Prema rezultatima izotopskih analiza, mijenjalo se i redoks stanje atmosfere i okeana. Količine neorganskih komponenti kao što su ugljik-dioksid, dušik, metan i kisik varirale su u skladu sa evolucijom različitih tipova metabolizama u kojima se te komponente stvaraju i evolucijom organizma koji su sposobni da koriste raspoložive resurse. Reverzije Zemljinog magnetskog polja događaju se 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 to skups je na različite načine tokom predstavljalo prepreke evoluciji života tokom Zemljine historije.[12] Geološki podaci govore da je atmosferski kisik počeo da raste u onome što se naziva Veliki događaj oksigenacije (GOE),[13][14] Nejasno je koliko dugo su cijanobakterije imale fotosintezu kisika prije GOE. Neki dokazi upućuju na to da je postojao geohemijski „tampon“ ili ponor koji suzbija porast kisika, poput vulkanizma,[15] iako su cijanobakterije možda bile prisutne oko proizvodnje pred GOE.[16] Drugi dokazi upućuju na to da je porast fotosinteze kiseonika bio istovremeno sa GOE.[17]
Prisustvo kiseonika na Zemlji od njegove prve proizvodnje cijanobakterijama GOE-u i do danas drastično je utjecalo na tok evolucije života i planete.
Prisustvo kiseonika na Zemlji od njegove prve proizvodnje cijanobakterijama u GOE-u i do danas drastično je uticalo na tok evolucije života i Planete.[18] i nestanak oksidirajućih minerala poput pirita iz slojeva drevnih ležišta.[19] Prisutnost stvaranja gvožđa u obliku bandaža (BIF) tumačeno je kao trag za porast kisika. jer su male količine kisika mogle reagirati sa reduciranim gvožđem (Fe (II) u okeanima, što rezultira taloženjem sedimenata koji sadrže Fe (III) oksid na mjestima poput Zapadne Australije.[20] Međutim, svako oksidacijsko okruženje, uključujući ono koje pružaju mikrobi poput fotoautotrofa koji oksidira gvožđe Rhodopseudomonas palustris,[21] može pokrenuti stvaranje gvožđe-oksida i time taloženje BIF.[22][23][24] Ostali mehanizmi uključuju oksidaciju pod UV svetlom.[25] Doista, BIF-ovi se pojavljuju na velikim površinama Zemljine povijesti i ne moraju biti u korelaciji sa samo jednim događajem.
Historija Zemlje je zapisana u sewdimentnim stijenama. Sedimentne stijene čuvaju ostatke nekadašnjih oblika života na Zemlji u formi fosila, biomarkera, izotopa i ostalih materijalnih tragova. Klasičan primjer sedimenata koji su značajni za geobiološka istraživanja su stromatoliti i gvožđevite trakaste formacije. Uloga živog svijeta u nastanku i jednih i drugih vrlo je aktuelna naučno oblast u kojoj nedostaje još mnogo odgovora.
U živom svijetu postoje različiti obrasci metabolizma, koji su direktno povezani sa globalnim kruženjem elemenata i njihovih spojeva na Zemlji. Geohemijsko okruženje omogućava život na Zemlji, a organizmi produciraju različite molekule koji se vraćaju u vanjsku sredinui na nju utiču. Pored toga, biohemijske reakcije su katalizirane enzimima koji ponekad preferiraju određeni izotop više od drugih. Primjer može biti kisična fotosinteza koju katalizira katalisana rubisko enzim, koji veže ugljik-12 prije nego što bi ugljik-13, što rezultira izotopskom frakcijacijom u okolnim slojevima sedimentnih stijena.
Primjenom metoda molekulske biologije na laboratorijskim kulturama mikroorganizama lahko se utvrđuje funkcija pojedinih gena. Pored toga, geobiološka istraživanje se vrlo često služe podacima metagenomike i metatranskriptomike da otkriju koji geni su odgovorni za procese koji su relevantni u datom ekosistemu i biogeohemijskim ciklusima u konkretnom okruženju.[28]
Filogenija je nauka koja pročava procese filogeneze, odnosno historijski razvoj živih bića i njihovih skupina. Danas to primarno uključuje poređenje sekvenci DNK različitih organizama za utvrđivanje stepena srodnosti i evolucijskih veza i odnosa. Svaka razlika u sekvenci DNK ukazuje na divergenciju između jedne i druge vrste. Ta divergencija, određena je ili driftom ili prirodnim ili vještačkim odabiranjem, a pokazatelj je određenog protoka vremena. Ukoliko uz molekulske postoje i paleontološki podaci kao što su fosili, onda se ima 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 i koliko je specifična ili općenita.[29] Odatle, s idejom o drugim suvremenim promjenama u životu i okolini, možemo početi nagađati zašto bi se mogli odabrati neki određeni evolucijski putevi.[30]
Shvatanje o tome šta sve može uključiti u sferu geobioloških istraživanja veoma varira u naučnoj zajednici. Neki je poistovjećuju sa geomikrobiologijom, dok drugi ovom naukom obuhvataju i mnoge oblasti čija se istraživanja svakako preklapaju sa geobiologijom ali se tradicijski nisu smatrale njenom podoblasti (npr. paleontologija). U svakom slučaju, geobiologija je pravi primjer interdisciplinarnog naučnog pristupa proučavanju kompleksnih geobioloških sistema.[31]
Astrobiologija, nekad poznata i kao egzobiologija, još je jedno interdisciplinarno polje naučnog istraživanja koje kombinira rezultate geobiologije i planetarnih nauka u cilju otkrivanja tragova života u međuplanetarnim prostranstvima i na drugim planetama. Za astrobiologiju su posebno značajns geobiološka istraživanja ekstremnih staništa na Zemlji, kao potencijalnih analoga mogućim uslovima na ranoj Zemlji. Razumijevanje geohemije i geobiologije takvih staništa može poslužiti za identifikaciju sličnih procesa na drugim planetama.[32] Biogeohemija primarno proučava biogeohemijske cikluse. Jedan od utemeljitelja ove naučne oblasti je James Lovelock, čija je i Hipoteza Geja, prema kojoj Zemlja ima odlike živog bića i prema kojoj biološki, hemijski i geološki sistemi na Zemlji zajedno i kompleksno imeđureagiraju u pravcu stabilizacije uvjeta od kojih zavisi život na Zemlji.[33]
Metagenomika ili proučavanje metagenoma je genomika životne zajednice ili genomika organizama ekološke niše. Počiva na sekvenciranju i analizi DNK mikroorganizama iz uzorka iz okoline, bez njihovog kultiviranja u laboratoriji.
Funkcioniranje današnjeg svijeta ne može se zamisliti bez klasičnih energenata kao što su nafta, ugalj i plin. Organska geohemija proučava ove i druge energente ali i organsku komponentu Zemljine kore koja je prekursor ovih energeneta. U okviru oakvih istraživanja ispituju se promjene organske tvari pri nastanku ležišta bituminoznih škriljaca i ugljeva, pročavaju se sedimentacijski procesi i okruženje u kojem se odvijaju kao i interakcije organske i neorganske supstance, kao i procesi transformacije organskih spojeva u toku migracije kroz različite sfere. Praktična primjena tih spoznaja je u mogućem prognoziranju ležišta nafte, uglja i prirodnog plina, te prognoza njihovog sastava i kvaliteta. Nerijetko su predmet istraživanja i molekularni fosili koji su često lipidni biomarkeri. Molekulie kao što su steroli i hopanoidi, membranski lipidi eukariota i bakterija, mogu biti sačuvani u stijenama tokom milijardi godina. U procesu dijageneze, postaju fosilizirani lipidi, zivani sterani i hopani. Postoje i drugi obrasci molekulskih fosila, kao što su porfirini. Otkriće porfirina u petroleju (Alfred Treibs) zapravo se uzimakao miljokaz za početak razvoja organske geohemije.[34]
U geobiologiji, fokus je na mikropaleontologiji. Možda najstarija od pomenutih nauka, paleontologija proučavanje fosile. Uključuje otkriće, iskopavanje, datiranje i paleoekološko razumijevanje bilo koje vrste fosila, mikroba ili dinosaura, tragova ili fosilnih tijela. Mikropaleontologija je posebno relevantna za geobiologiju. Putativni bakterijski mikrofosili i drevni stromatoliti se koriste kao dokaz za porast metabolizma poput kisičke fotosinteze.[35] Potraga za molekularnim fosilima, poput lipidnih biomarkera kao što su sterani i hopani, takođe je imala važnu ulogu u geobiologiji i organskoj geohemiji. Relevantne podoblasti uključuju paleoekologiju i paleobiogeorafiju
Biogeografija je studija geografske distribucije života kroz vrijeme. Može sagledati sadašnju raspodjelu organizama po kontinentima ili između mikroniša, ili distribuciju organizama kroz vrijeme, ili u prošlosti, koja se naziva paleobiogeografija.
Evolucijska biologija je nauka o evolucijskim procesima koji su oblikovali raznolikost života na Zemlji. Uključuje genetiku, ekologiju, biogeografiju i paleontologiju za analizu svojih tema, uključujući prirodno odabiranje, varijancu, prilagođavanje, divergenciju, genetički drift i specijaju.
Ekohidrologija je interdisciplinarno polje koje proučava interakcije vode i ekosistema. Stabilni izotopi vode ponekad se koriste kao prenosnici izvora vode i protoka između fizičkog okruženja i biosfere.[36][37]
Seamless Wikipedia browsing. On steroids.
Every time you click a link to Wikipedia, Wiktionary or Wikiquote in your browser's search results, it will show the modern Wikiwand interface.
Wikiwand extension is a five stars, simple, with minimum permission required to keep your browsing private, safe and transparent.
