పురాతన పగడాలలో సహజీవనం

నత్రజని ఐసోటోపుల విశ్లేషణ డెవోనియన్ పగడాలలో మొట్టమొదటిగా తెలిసిన ఫోటోసింబియోసిస్ యొక్క రుజువును అందిస్తుంది

మెయిన్జ్‌లోని మాక్స్ ప్లాంక్ ఇన్‌స్టిట్యూట్ ఫర్ కెమిస్ట్రీకి చెందిన పరిశోధకుల నేతృత్వంలోని పరిశోధనా బృందం నైట్రోజన్ ఐసోటోప్ విశ్లేషణను ఉపయోగించి ఈఫిల్ మరియు సౌర్‌ల్యాండ్ ప్రాంతాలకు చెందిన డెవోనియన్ యొక్క 385 మిలియన్ సంవత్సరాల పురాతన పగడాలు సహజీవనాలను కలిగి ఉన్నాయని నిరూపించాయి. ఈ అన్వేషణ పగడాలలో ఫోటోసింబియోసిస్ యొక్క ప్రారంభ సాక్ష్యాన్ని సూచిస్తుంది. పోషకాలు లేని వాతావరణంలో ఉన్నప్పటికీ పురాతన పగడపు దిబ్బలు భారీ పరిమాణాలకు ఎందుకు పెరిగాయో ఫోటోసింబియోసిస్ వివరించవచ్చు.

పగడపు దిబ్బలు భూమిపై అత్యంత జీవవైవిధ్య ఆవాసాలలో ఒకటిగా ఉన్నాయి మరియు వీటిని తరచుగా సముద్రపు వర్షారణ్యాలుగా సూచిస్తారు. ఆధునిక రీఫ్ నిర్మాణ పగడాలు 250 మిలియన్ సంవత్సరాల క్రితం ట్రయాసిక్ కాలంలో ఉద్భవించాయి. వారు కిరణజన్య సంయోగక్రియను నిర్వహించగల చిన్న జీవులతో, తరచుగా ఆల్గేలతో సహజీవనం చేయవచ్చు. ఈ ఫోటోసింబియాసిస్ పోషక-పేద నీటిలో ముఖ్యంగా ప్రయోజనకరంగా ఉంటుంది, ఎందుకంటే ఇది పగడాలకు కొరత ఉన్న పోషకాలను రీసైకిల్ చేయడానికి సహాయపడుతుంది.

385 మిలియన్ సంవత్సరాల క్రితం డెవోనియన్ కాలంలో పగడాలు ఉనికిలో ఉన్నాయని భౌగోళిక ఆధారాలు వెల్లడిస్తున్నాయి, ఉదాహరణకు జర్మనీలోని ఈఫెల్ మరియు సౌర్‌ల్యాండ్ ప్రాంతాలలో. ఈ ప్రాంతాలలో కనుగొనబడిన అంతరించిపోయిన ఆర్డర్‌ల టబులటా (“తేనెగూడు పగడాలు”) మరియు రుగోసా (“కొమ్ము పగడాలు”) యొక్క శిలాజ పగడాలు మధ్య డెవోనియన్ కాలంలో ఒకప్పుడు ఉష్ణమండల సముద్రంతో కప్పబడి ఉండేవని సూచిస్తున్నాయి, ఇక్కడ భారీ దిబ్బలు వృద్ధి చెందాయి. అయినప్పటికీ, డెవోనియన్ యొక్క అంతరించిపోయిన పగడాల సమూహాలకు ఫోటోసింబియంట్లు ఉన్నాయా లేదా అనేది స్పష్టంగా లేదు.

మాక్స్ ప్లాంక్ ఇన్స్టిట్యూట్ ఫర్ కెమిస్ట్రీ, గోథే యూనివర్శిటీ ఫ్రాంక్‌ఫర్ట్ మరియు సెన్కెన్‌బర్గ్ రీసెర్చ్ ఇన్స్టిట్యూట్ మరియు నేచురల్ హిస్టరీ మ్యూజియం ఫ్రాంక్‌ఫర్ట్ పరిశోధకుల నేతృత్వంలోని ఒక పరిశోధనా బృందం ఇప్పుడు నైట్రోజన్ ఐసోటోప్ విశ్లేషణలను ఉపయోగించి, మధ్య డెవోనియన్ కాలం నుండి కొన్ని అంతరించిపోయిన పగడాలు ఇప్పటికే సహజీవనంగా ఉన్నాయని నిరూపించింది. . ఇది పగడాలలో అత్యంత పురాతనమైన ధ్రువీకరించబడిన ఫోటోసింబియోసిస్ యొక్క జియోకెమికల్ సాక్ష్యాన్ని సూచిస్తుంది.

సహజీవన మరియు సహజీవనం కాని పగడాల పోలిక

నేటి సహజీవనం మరియు సహజీవనం కాని పగడాల సేంద్రీయ పదార్థంలో నైట్రోజన్ ఐసోటోప్ విలువలను పోల్చడం ద్వారా పరిశోధకులు సహజీవనాన్ని ప్రదర్శించగలిగారు. నైట్రోజన్ ఐసోటోప్ విలువలు, ప్రత్యేకంగా “భారీ” నైట్రోజన్ (15N) నుండి “లైట్” నైట్రోజన్ (14N) నిష్పత్తి, ఆహార పిరమిడ్ యొక్క వివిధ దశల మధ్య తేడాను గుర్తించడానికి అనుకూలంగా ఉంటాయి. ఉదాహరణకు, ఒక జీవికి శాఖాహారం లేదా మాంసం ఆధారిత ఆహారం ఉందో లేదో తెలుసుకోవడానికి పరిశోధకులు నైట్రోజన్ ఐసోటోప్‌లను విశ్లేషించవచ్చు. ఆహార పిరమిడ్‌లో ఒక జీవి ఎంత ఎక్కువగా ఉంటే, దాని నైట్రోజన్ ఐసోటోప్ విలువ అంత ఎక్కువగా ఉంటుంది. ఎందుకంటే జీవులు భారీ నత్రజని కంటే తేలికైన నైట్రోజన్‌ను త్వరగా జీవక్రియ చేస్తాయి, ఇది తేలికైన ఐసోటోప్ యొక్క సులభంగా విసర్జనకు దారితీస్తుంది.

ఆధునిక పగడాలను విశ్లేషించడం ఒక స్థిరమైన వ్యత్యాసాన్ని వెల్లడించింది: ప్రధానంగా సహజీవన ఆల్గే యొక్క కిరణజన్య సంయోగక్రియ నుండి తమ శక్తిని పొందే పగడాలు తక్కువ నైట్రోజన్ ఐసోటోప్ విలువలను కలిగి ఉంటాయి. దీనికి విరుద్ధంగా, పాచిని చురుకుగా పట్టుకోవడం ద్వారా తమను తాము పోషించుకునే పగడాలు ఎక్కువ నైట్రోజన్ ఐసోటోప్ విలువలను కలిగి ఉంటాయి.

మాక్స్ ప్లాంక్ ఇన్‌స్టిట్యూట్ ఫర్ కెమిస్ట్రీకి చెందిన జోనాథన్ జంగ్ ఇలా అన్నారు: “నత్రజని ఐసోటోప్ విలువలలో స్థిరమైన వ్యత్యాసం మన అంచనాలకు అనుగుణంగా ఉంటుంది మరియు ఆహార గొలుసులో సాధారణ జంప్‌ను చూపుతుంది. ఎందుకంటే సహజీవన పగడాలు సహజీవనం కాని పగడాల కంటే ఒక స్థాయి దిగువన ఉన్నాయి. సోపానక్రమం.” సముద్ర జియోకెమిస్ట్ జంగ్ ఇప్పుడు నేచర్ జర్నల్‌లో ప్రచురించబడిన అధ్యయనానికి మొదటి రచయిత.

సౌర్‌ల్యాండ్, ఈఫెల్, వెస్ట్రన్ సహారా మరియు మొరాకో నుండి శిలాజ నమూనాలు

గోథే యూనివర్శిటీ ఫ్రాంక్‌ఫర్ట్‌కు చెందిన సహ రచయిత మరియు సహ-ఇనిషియేటర్ సైమన్ ఫెలిక్స్ జోప్పే ఇలా పేర్కొన్నాడు: -ఈ జ్ఞానం ఆధారంగా, డెవోనియన్‌లో ఏ పగడాలు ఆక్రమించబడిందో మేము పరిశోధించగలిగాము.” ఈ మేరకు, పరిశోధకులు తాజాగా సేకరించిన శిలాజాన్ని విశ్లేషించారు. సౌర్‌ల్యాండ్ నుండి పగడాలు, మరియు ఈఫెల్, వెస్ట్రన్ సహారా మరియు మొరాకో నుండి మ్యూజియం నమూనాలు సెన్‌కెన్‌బర్గ్ రీసెర్చ్ ఇన్స్టిట్యూట్ మరియు నేచురల్ హిస్టరీ మ్యూజియం ఫ్రాంక్‌ఫర్ట్ సేకరణ నుండి.

శిలాజాలలో, విశ్లేషణకు అవసరమైన సేంద్రీయ పదార్ధాల నిష్పత్తి చాలా తక్కువగా ఉండటంలో ఇబ్బంది ఉంది. అయినప్పటికీ, మాక్స్ ప్లాంక్ ఇన్స్టిట్యూట్ లాబొరేటరీ నుండి అల్ఫ్రెడో మార్టినెజ్-గార్సియా నేతృత్వంలోని బృందం ఒక నవల విశ్లేషణ పద్ధతిని ఉపయోగించింది, దీనికి కొన్ని మిల్లీగ్రాముల మెత్తగా నేల శిలాజ పగడపు పదార్థం మాత్రమే అవసరం.

శిలాజాలు వ్యక్తిగత పగడపు జాతుల మధ్య నత్రజని ఐసోటోప్ విలువలలో స్థిరమైన వ్యత్యాసాన్ని కూడా వెల్లడించాయి. సాధారణంగా, టబులటా మరియు రుగోసా క్రమం యొక్క కాలనీ-ఏర్పడే పగడాలు రుగోసా క్రమం యొక్క ఎక్కువగా ఒంటరి పగడాల కంటే తక్కువ నైట్రోజన్ ఐసోటోప్ విలువలను చూపించాయి. ఇది మధ్య డెవోనియన్ కాలంలో కొన్ని పగడపు జాతులు ఇప్పటికే ఫోటోసింబియోసిస్‌లో జీవిస్తున్నాయని శాస్త్రవేత్తలు నిర్ధారించారు. “పోషక-పేలవమైన వాతావరణం ఉన్నప్పటికీ పురాతన దిబ్బలు ఎందుకు అధిక ఉత్పాదకత మరియు అపారమైన పరిమాణంలో ఉన్నాయో ఫోటోసింబియోసిస్ వివరించగలదు” అని ఆల్ఫ్రెడో మార్టినెజ్-గార్సియా చెప్పారు.

డెవోనియన్‌ను కలిగి ఉన్న పాలియోజోయిక్ యుగం యొక్క పోషక చక్రంపై మరింత వివరణాత్మక పరిశోధన కోసం ఈ అధ్యయనం ప్రారంభం అవుతుంది. డెవోనియన్ కాలం ముగిసే సమయానికి పగడాలు మరియు ఇతర రీఫ్ నివాసుల యొక్క సామూహిక విలుప్త సముద్రపు పోషక స్థాయిలకు ఎంతవరకు అనుసంధానించబడిందో అర్థం చేసుకోవడంలో ఈ పద్ధతి సహాయపడుతుంది. “అంతేకాకుండా, ఈ కొత్త అంతర్దృష్టి ప్రారంభ రీఫ్‌ల ఆహార గొలుసులను బాగా అర్థం చేసుకోవడానికి అనుమతిస్తుంది” అని సేన్‌కెన్‌బర్గ్ రీసెర్చ్ ఇన్‌స్టిట్యూట్ మరియు నేచురల్ హిస్టరీ మ్యూజియం ఫ్రాంక్‌ఫర్ట్ నుండి ఎబెర్‌హార్డ్ షిండ్లర్ జోడించారు. ఇది సమకాలీన పగడపు పర్యావరణ వ్యవస్థల కోసం విలువైన అంతర్దృష్టులను అందించగలదు. అదనంగా, పరిశోధకులు తమ పరిశోధనను భౌగోళిక గతానికి మరింత విస్తరించాలని ఆకాంక్షించారు.

డెవోనియన్

డెవోనియన్ అనేది పాలియోజోయిక్ యుగం యొక్క భౌగోళిక కాలం. ఇది 419 మిలియన్ సంవత్సరాల క్రితం ప్రారంభమైంది మరియు 359 మిలియన్ సంవత్సరాల క్రితం ముగిసింది. డెవోనియన్ సమయంలో, భూమిపై ఉన్న టెక్టోనిక్ ప్లేట్లు చాలా చురుకుగా ఉన్నాయి మరియు లారస్సియా మరియు గోండ్వానా సూపర్ ఖండాలు ఒకదానికొకటి దగ్గరగా ఉన్నాయి. మధ్య డెవోనియన్‌లో భారీ పగడపు దిబ్బలు ఏర్పడ్డాయి, వీటిలో చాలా వరకు నేటి యూరప్, ఉత్తర అమెరికా, ఉత్తర ఆఫ్రికా, ఆస్ట్రేలియా, సైబీరియా మరియు చైనాలలో శిలాజ నిర్మాణాలుగా భద్రపరచబడ్డాయి.

నైట్రోజన్ ఐసోటోప్ విశ్లేషణ

ఒక నమూనాలో నైట్రోజన్ ఐసోటోప్‌ల నిష్పత్తి 15N నుండి 14N వరకు ఎక్కువగా ఉంటే, ఆహార గొలుసులో జంతువు యొక్క స్థానం అంత ఎక్కువగా ఉంటుంది. జంతువుల జీవక్రియ అమ్మోనియం లేదా యూరియా వంటి నత్రజని వ్యర్థ ఉత్పత్తులను ఉత్పత్తి చేస్తుంది. ఈ జీవక్రియ ఉత్పత్తుల విసర్జన దాని ఆహారంతో పోలిస్తే జీవిలో “భారీ” నత్రజని (15N) నుండి “కాంతి” నత్రజని (14N) నిష్పత్తిని పెంచుతుంది. పర్యవసానంగా, పాచిని తినే పగడాలు సహజీవన పగడాల కంటే ఎక్కువ నైట్రోజన్ నిష్పత్తిని ప్రదర్శిస్తాయి.

జోనాథన్ జంగ్, సైమన్ ఎఫ్. జోప్పే, టిల్ సోట్, ​​సిమోన్ మోరెట్టి, నికోలస్ ఎన్. డుప్రే, అలాన్ డి. ఫోర్‌మాన్, తంజా వాల్డ్, హుబర్ట్ వాన్‌హోఫ్, గెరాల్డ్ హెచ్. హాగ్, డేనియల్ ఎం. సిగ్‌మాన్, ఆండ్రియాస్ మల్చ్, ఎబర్‌హార్డ్ షిండ్లర్, డోర్టే జానుస్సేన్ మరియు అల్ జానస్సేన్ మార్టినెజ్-గార్సియా