지구생물학

Geobiology
미국 옐로스톤 국립공원에 있는 그랜드 프리즘 스프링의 화려한 미생물 매트.오렌지 매트는 클로로플렉시아, 시아노박테리아 등 섭씨 70도의 물에서 잘 자라는 생물로 구성되어 있습니다.지구생물학자들은 극호성 유기체의 서식처이기 때문에 종종 이와 같은 극단적인 환경을 연구한다.이러한 환경이 초기 [1]지구를 대표할 수도 있다는 가설이 제기되어 왔다.

지구생물학은 물리적인 지구와 생물권 사이의 상호작용을 탐구하는 과학 연구 분야이다.비교적 젊은 분야로 경계가 유동적이다.생태학, 진화생물학, 미생물학, 고생물학, 그리고 특히 토양과학과 생물지구화학 분야와 상당한 중복이 있다.지구생물학은 생물, 지질, 토양과학의 원리와 방법을 현대 세계에서 [2]생명체의 역할뿐만 아니라 생명과 지구의 공존에 대한 고대사 연구에 적용한다.지질학 연구는 미생물과 암석권, 대기권, 수구 및/또는 극저온권의 교차점에 존재하는 소아권의 화학적 및 물리적 환경을 변화시키는 데 생명체가 수행하는 역할에 초점을 맞추는 경향이 있다.지구 화학과는 달리 지구 화학 주기보다는 시공간의 과정과 유기체에 초점을 맞춘다.

지질학적 연구는 지질학적 기록과 현대 생물학 연구를 종합한다.그것은 어떻게 유기체가 지구에 영향을 미치는지 그리고 그 반대인 역사뿐만 아니라 어떻게 지구와 생명체가 함께 변화했는지에 대한 과정을 다룬다.많은 연구가 근본적인 이해를 찾는 데 기초하고 있지만, [3]기름 유출을 청소하는 미생물의 경우처럼 지구생물학도 응용될 수 있다.

지구생물학은 생물과 지구의 진화적 상호연관성을 조사하기 위해 분자생물학, 환경미생물학, 유기지구화학, 지질학적 기록을 사용한다.그것은 생명의 기원 이후 지구가 어떻게 변했는지, 그리고 그 과정에서 지구가 어떻게 변했는지 이해하려고 한다.지구생물학의 어떤 정의들은 심지어 이 시대의 경계를 밀어붙인다 - 생명의 기원과 인간이 해왔고 인류세 [3]시대에 지구를 형성하는데 있어 계속해서 할 역할을 이해하는 것이다.

역사

미국 옐로스톤 국립공원 화이트 크릭에 있는 미생물 매트. 박테리아 군집의 원추형 미세 구조에 주목하십시오.이것들은 고대 스트로마톨라이트의 살아있는 유사체라고 가정된다.각 원뿔의 윗면에는 다종 미생물 매트의 시아노박테리아에 의한 산소 광합성의 산물인 산소 가스 기포가 있다.

지구생물학이라는 용어는 1934년 Lourens Baas Becking에 의해 만들어졌다.지구생물학은 "생물은 지구의 일부이며 지구의 것과 결합되어 있다"는 의미에서 "생물과 지구 사이의 관계를 묘사하려는 시도"라고 말한다. Baas Becking의 지구생물학 정의는 환경생물학을 실험실 생물학과 통합하려는 바람에서 탄생했다.그가 그것을 실천하는 방법은 현대 환경 미생물 생태학과 밀접하게 일치하지만, 그의 정의는 모든 지구생물학에 적용 가능하다.Bass Becking은 그의 저서인 지구생물학에서 새로운 [4]연구 분야를 발명할 의도가 없다고 말했다.Baas Becking의 지구생물학에 대한 이해는 네덜란드 미생물학교의 그의 스승인 Martinus Beyerinck를 포함한 그의 전임자들에 의해 크게 영향을 받았다.1926년 [5]저서 바이오스피어에서 생명체가 지구의 표면 환경을 바꾼다고 주장한 블라디미르 베르나드스키와 암석영양균 [6]발견으로 유명한 세르게이 비노그라드스키도 포함됐다.

공식적으로 지구생물학 연구에 전념한 최초의 연구소는 1965년에 [4]문을 연 호주의 Baas Becking Geobiology Laboratory였다.하지만, 과학자들이 생명체와 행성의 연구를 합성하기 시작할 수 있게 해준 지구화학과 유전학의 발전 덕분에, 지구생물학이 확고하게 뿌리박힌 과학 분야가 되기까지는 40년 정도가 더 걸렸다.

1930년대에 알프레드 트라이브스는 석유에서 엽록소와 유사한 포르피린을 발견하여 생물학적 [7]기원을 확인함으로써 유기 지구화학을 확립하고 지구생물학의 중요한 측면인 바이오마커의 개념을 확립했다.그러나 수십 년이 지나서야 이 도구들이 본격적으로 암석 속 생명체의 화학적 흔적을 찾기 시작했다.1970년대와 80년대에 제프리 [8]에글링턴과 로저 소환과 같은 과학자들은 GCMS와 같은 장비를 사용하여 암석 기록에서 지질 바이오마커를 발견하기 시작했습니다.

생물학적 측면에서, 1977년 칼 워즈와 조지 폭스는 새로운 영역인 [9]고고학을 포함한 지구상의 생명체의 계통학을 발표했다.그리고 1990년대에는 유전학과 유전체학 연구가 가능해져 생명체와 행성의 상호작용에 대한 조사 범위가 넓어졌습니다.

오늘날 지구생물학에는 2003년 [10]설립된 지구생물학,[11] 2004년 설립된 생물지리과학 등 독자적인 학술지가 있으며 주요 과학회의에서 인정을 받고 있다.2011년에 [12]Gordon Research Conference를 개최해, 다수의 지구생물학 교과서가 [3][13]출판되어, 세계의 많은 대학이 지구생물학 학위 프로그램을 제공하고 있습니다(외부 링크 참조).

주요 지질학적 사건

지질학적 타임스케일은 주요 지질학적 사건과 발생과 겹친다.대기의 산소화는 2.4 Ga부터 시작하는 파란색으로 표시되지만, 대기의 산소화 현상의 정확한 날짜는 [14]논의되고 있다.

아마도 가장 심오한 지질생물학적 사건은 광합성 박테리아에 의해 대기로 산소가 유입되는 것이다.지구의 원시 대기의 산소화와 바다의 산소화는 표면 생물 지구 화학적 순환과 진화적으로 선택된 유기체의 종류를 변화시켰습니다.

그 후의 큰 변화는 다세포성의 출현이었다.산소의 존재는 진핵 생물과 나중에 다세포 생물들이 진화할 수 있게 해주었다.

보다 인간중심적인 지구생물학적 사건에는 동물의 기원과 육생식물 생물의 확립이 포함된다. 이는 대륙 침식과 영양 순환에 영향을 미쳤고 관측된 강의 유형을 변화시켜 이전에 주로 편조되었던 강의 채널화를 가능하게 했다.

보다 미묘한 지질학적 사건에는 퇴적물을 뒤집는 흰개미의 역할, 탄산칼슘과 파도를 깨는 산호초의 역할, 용해된 해양 실리카를 흡수하는 스펀지, 하천 제방을 부수고 홍수를 촉진하는 공룡의 역할, 그리고 [15][16]영양분을 분배하는 큰 포유류의 배설물의 역할이 포함됩니다.

중요한 개념

지구생물학은 지구와 생명체의 연구를 통합하는 몇 가지 핵심 개념에 기초한다.생명과 지구 사이의 과거와 현재의 상호작용을 연구하는 많은 측면들이 불분명한 반면, 몇 가지 중요한 아이디어와 개념은 생명과 행성의 진화 그리고 두 개의 공동 진화를 포함한 연구 가능한 질문들을 제기하기 위한 플랫폼으로서 역할을 하는 지구 생물학의 지식의 기초를 제공합니다 - 양쪽에서.역사적, 기능적 관점, 모든 생물의 대사적 다양성, 전생물의 퇴적학적 보존, 생명의 기원.

생명과 지구의 공진화

지구생물학의 핵심 개념은 진화를 통해 생명이 시간이 지남에 따라 변한다는 것이다.진화론은 유기체나 종의 독특한 개체군이 표류와 자연 [17]도태에 의해 전해진 조상 개체군의 유전자 변형으로부터 발생했다고 가정한다.

표준 생물학적 진화와 함께 생명체와 행성은 함께 진화한다.최적의 적응은 유기체가 살고 있는 생태적 틈새에 맞는 것이기 때문에, 환경의 물리적, 화학적 특성은 자연 선택에 의한 생명의 진화를 촉진하지만, 그 반대일 수도 있다: 진화의 출현에 따라 환경이 변화한다.

공진화의 전형적인 예는 지구의 태고대기를 산소로 만든 산소를 생산하는 광합성 시아노박테리아의 진화이다.시아노박테리아의 조상들은 고생대 이전이나 초기 동안 태양 에너지를 이용하기 위해 물을 전자원으로 사용하기 시작했고 산소를 배출하기 시작했다.약 24억년에서 21억년 전,[18] 지질학적 자료에 따르면 대기 중 산소가 소위 [19][20]GOE라고 불리는 곳에서 상승하기 시작했다.GOE 이전에 시아노박테리아가 얼마나 오랫동안 산소 광합성을 했는지는 불분명하다. 몇몇 증거들은 시아노박테리아가 GOE [22]이전에 생성되었을 수 있지만 화산활동과[21] 같은 산소의 상승을 억제하는 지구화학적 완충제 또는 싱크대가 있었다는 것을 시사한다.다른 증거는 산소 광합성의 증가가 GOE와 [23]일치했다는 것을 보여준다.

웨스턴오스트레일리아주, Hammersley Formation(BIF) 밴드형 철제층

시아노박테리아에 의한 첫 생산에서 GOE에 이르기까지 오늘날까지 지구에 산소가 존재한 것은 생명체와 [19]행성의 진화 과정에 큰 영향을 끼쳤다.그것은 산화[24] 광물의 형성과 고대 하천 [25]바닥에서 황철광과 같은 산화성 광물의 소실을 촉발했을지도 모른다.소량의 산소가 감소된 철 철(Fe(II)과 반응하여 Fe(II) 산화물을 포함한 퇴적물이 [26]서호주와 같은 곳에 퇴적될 수 있기 때문에 띠철 생성물(BIF)의 존재는 산소의 증가에 대한 단서로 해석되어 왔다.단, 철산화광자동영양로도피도모나스팔루스트리스 [27]등의 미생물에 의해 제공되는 산화환경은 산화철 형성을 유발하여 BIF 증착을 [28][29][30]유발할 수 있다.다른 메커니즘에는 자외선에 [31]의한 산화가 포함됩니다.실제로 BIF는 지구 역사의 큰 영역에 걸쳐 발생하며 하나의 [30]사건에만 상관관계가 있는 것은 아닙니다.

다른 변화들 산소의 증가와 함께 상관 sulfur,[32]와 지구 glaciations과 스노우 볼 지구 events,[33]등과 같은 아마도 메탄 가스의 산화에 의한 산소에 의해, 유기체와 신진대사의 유형에 대해 쇄신을 말할 것도 없고 인한rust-red 고대 paleosols,[19] 다른 동위 원소 분별의 외모를 포함한다.지구.오늘날 많은 [34]혐기성 생물들이 그렇듯이 산소 가스에 의해 오염되었을 가능성이 있는 반면, 산소의 전자 수용과 에너지 공급력을 이용하는 방법을 진화시킨 생물들은 유산소 환경을 번성하고 식민지로 만들 준비가 되어 있었다.

호주 샤크 베이에 있는 현대의 살아있는 스트로마톨라이트.샤크 베이는 오늘날 스트로마톨라이트를 볼 수 있는 세계에서 몇 안 되는 장소 중 하나이지만, 그것들은 메타조아 포식자들이 출현하기 전 고대 얕은 바다에서 흔했을 것이다.

지구는 변했다.

지구는 45억 년 [35][36]전 행성이 형성된 이후로 예전과 같지 않았다.대륙이 형성되고, 분열되고, 충돌하면서, 생명체의 분산에 새로운 기회와 장벽을 제공하고 있습니다.동위원소 데이터에서 알 수 있듯이 대기와 해양의 산화환원 상태가 변화했다.이산화탄소, 질소, 메탄, 산소와 같은 무기 화합물의 변동적인 양은 생명체가 이러한 화학 물질을 만들기 위해 진화하는 새로운 생물학적 대사에 의해 추진되어 왔고, 그러한 화학 물질을 사용하기 위한 새로운 대사의 진화를 주도해 왔다.지구는 약 3.4[37] Ga의 자기장을 획득했고, 이 자기장은 수백만 [38]년 동안 일련의 지자기역전을 거쳤다.표면 온도는 얼음-알베도 [39]피드백으로 인해 빙하와 눈덩이 지구 사건에서 떨어지고, 화산 분출 가스로 인해 상승과 녹으며, 규산염 풍화 [40]피드백으로 인해 안정화된다.

그리고 바뀐 것은 지구뿐만이 아니다.-태양의 광도는 시간이 지남에 따라 증가했다.암석들은 지구의 시작 이후 비교적 일정한 온도의 역사를 기록하기 때문에, 태양이 [41]더 젊고 희미할 때 시대에서 온도를 유지하기 위해 더 많은 온실 가스가 존재했을 것이다.지구 환경의 이러한 모든 주요한 차이들은 우리 행성의 역사를 통해 생명체의 진화에 매우 다른 제약을 가했다.게다가, 생명체 서식지에서 더 미묘한 변화가 항상 일어나고 있으며, 오늘날 우리가 관찰하는 유기체와 흔적을 형성하고 암석 기록에서 발견한다.

유전자는 지구생물학적 기능과 역사를 암호화한다.

유전자 코드는 진화의 역사를 관찰하고 유기체의 능력을 이해하는 데 중요하다.유전자는 유전과 기능의 기본 단위이며 진화의 기본 단위이자 신진대사의 [42]이면에 있는 수단이다.

계통학은 진화사를 예측한다.

rRNA 데이터에 근거해 Carl Woese가 제안한 생물 계통수.세균, 고세균, 진핵생물의 분리를 나타내며 생물체의 세 가지를 LUCA(나무 밑부분 검은 줄기)와 연결한다.

계통수는 살아있는 유기체로부터 유전자 서열을 받아 진화적 관계를 밝히기 위해 그것들을 서로 비교하는데, 이는 가계도가 개인이 그들의 먼 [43]사촌들과 어떻게 연결되어 있는지를 보여주는 것과 매우 유사하다.그것은 우리가 현대의 관계를 해독하고 과거에 진화가 어떻게 일어났는지를 추론할 수 있게 해준다.

계통학은 약간의 정보와 결합하면 역사의식을 줄 수 있다.DNA의 각각의 차이는 한 종과 다른 [43]종 사이의 차이를 나타낸다.이 차이는 드리프트에 의한 것이든 자연선택에 의한 것이든 어느 [43]정도 시간의 경과를 나타낸다.DNA 염기서열만을 비교하는 것은 진화의 역사에 대한 기록을 마지막 공통 조상을 "연대를"하는 계통발생학적 거리에 대한 임의적인 측정치와 함께 제공합니다.그러나, 유전자 돌연변이 속도에 대한 정보를 이용할 수 있거나 진화적 발산(화석)을 보정하기 위한 지질학적 표지가 있다면,[44] 우리는 진화의 연대표를 가지고 있다.거기서부터, 삶과 환경의 다른 동시대의 변화에 대한 생각으로, 우리는 왜 특정한 진화 경로가 [45]선택되었을지 추측하기 시작할 수 있다.

유전자는 신진대사를 암호화한다.

분자생물학은 과학자들이 미생물 배양과 돌연변이를 통해 유전자의 기능을 이해할 수 있게 해준다.다른 유기체, 메타유전자와 메타투과체 데이터에서 유사한 유전자를 찾는 것은 주어진 생태계에서 어떤 과정이 적절하고 중요한지 이해할 수 있게 하며, 그 환경의 생물 지구 화학적 순환에 대한 통찰력을 제공한다.

예를 들어 지구생물학의 흥미로운 문제는 메탄가스의 전지구 순환에서 유기체의 역할이다.유전학은 메탄 모노옥시게나아제 유전자가 메탄 산화에 사용되며 모든 호기성 메탄 산화제,[46] 즉 메타노트로프에 존재한다는 것을 밝혀냈다.환경에서의 pmo 유전자의 DNA 배열의 존재는 메타노트로피의 [47][48]대용물로 사용될 수 있다.보다 일반화 가능한 도구는 박테리아와 고세균에서 발견되는 16S 리보솜 RNA 유전자이다.이 유전자는 시간이 지남에 따라 매우 느리게 진화하며 보통 수평으로 전달되지 않기 때문에 종종 환경 [9][49]내 유기체의 다른 분류 단위를 구별하는 데 사용됩니다.이런 식으로 유전자는 유기체의 신진대사와 정체성의 단서이다.유전학은 우리가 '거기 누구'와 '그들이 무엇을 하고 있는가?'라고 물을 수 있게 해준다.이 접근방식은 메타게노믹스라고 불립니다.[49]

웨스턴오스트레일리아 와라우나 그룹의 34억 년 된 스트로마톨라이트.전캄브리아 스트로마톨라이트의 기원은 지구생물학에서 [50]크게 논의되는 주제이지만, 와라우나에서 나온 스트로마톨라이트는 고대 미생물 [51]군집들에 의해 형성되었다고 가설이 있다.

신진대사의 다양성이 환경에 영향을 미치는

참고 항목: 미생물 대사

생명체는 화학 반응을 이용하여 에너지를 생성하고 생합성을 수행하며 [52]폐기물을 제거합니다.다른 유기체들은 이러한 기본적인 욕구를 [53]충족시키기 위해 매우 다른 신진대사 접근법을 사용한다.우리와 같은 동물들은 호기성 호흡으로 제한되는 반면, 다른 유기체들은 황산염, 질산염, 철, 그리고 우라늄을 "호흡"하거나 [53]발효로 인한 에너지를 먹고 살 수 있습니다.식물과 같은 몇몇 유기체는 자가영양체인데, 이것은 그들이 생합성을 위해 이산화탄소를 고정시킬 수 있다는 것을 의미한다.식물은 탄소를 고정하기 위해 빛의 에너지를 사용한다는 점에서 광자영양동물이다.미생물은 화학적 자동 영양증식뿐만 아니라 산소와 비산소성 광자동 영양증식을 사용한다.미생물 집단은 합성영양대사에서 조정하여 반응속도론을 자신들에게 유리하게 바꿀 수 있다.많은 유기체들이 동일한 최종 목표를 달성하기 위해 여러 신진대사를 수행할 수 있다; 이것들은 [53]혼합영양체라고 불린다.

생물대사는 지구상의 원소와 화합물의 전지구 순환과 직접적으로 연관되어 있다.지구화학적 환경은 생명체에 연료를 공급하고, 그 후에 외부 환경으로 들어가는 다른 분자들을 생산한다. (이것은 생물 지구화학과 직접적으로 관련이 있다.)또한 생화학적 반응은 때때로 다른 동위원소보다 하나의 동위원소를 선호하는 효소에 의해 촉매된다.예를 들어, 산소 광합성은 RuBisCO에 의해 촉매되며, RuBisCO는 탄소-13보다 탄소-12를 선호하여 암석 [54]기록에서 탄소 동위원소 분화를 일으킨다.

미국 캘리포니아 데스밸리 지역에 있는 조니 포메이션의 '자이언트' 오이드(Giant Oids). 오이드(Oids)는 중심핵 주변에 축적된 구상체 형태의 탄산칼슘 입자로 이렇게 퇴적시켜 오올라이트를 형성하기 위해 퇴적될 수 있다.미생물은 난모균의 [50]형성을 매개할 수 있다.

퇴적암은 이야기를 한다.

퇴적암은 화석, 바이오마커, 동위원소, 그리고 다른 흔적들의 형태로 지구 생명체 역사의 잔재를 보존한다.암석 기록은 완벽과는 거리가 멀고, 바이오시그니처의 보존은 드문 일이다.보존의 범위와 보존된 것의 이면에 있는 의미를 이해하는 것은 생명과 [8]지구의 공존의 고대 역사를 분리하는 데 중요한 요소이다.퇴적 기록은 과학자들이 시간에 따른 생물과 지구의 구성 변화를 관찰할 수 있게 하며, 때로는 멸종 사건 같은 중대한 변화도 관찰할 수 있게 해준다.

퇴적물 기록에서 지구생물학의 고전적인 예로는 스트로마톨라이트와 띠철층이 있다.이 둘의 기원에 있어서 생명의 역할은 매우 논란이 되고 있는 [19]주제이다.

인생은 기본적으로 화학이다.

첫 번째 생명은 비생물 화학 반응에서 비롯되었다.이 일이 언제 일어났는지, 어떻게 일어났는지, 심지어 어떤 행성에서 일어났는지도 불확실합니다.그러나 생명체는 의 법칙을 따르고 생명력이 없는 화학과 물리학에서 생겨났다.그것은 열역학 같은 원리에 의해 제약을 받는다.이것은 이 분야에서 중요한 개념입니다.왜냐하면 생명과 지구의 [55]동일성은 아니더라도 상호 연결성의 대명사를 나타내기 때문입니다.

종종 우주생물학 분야에 위임되기는 하지만, 생명체가 언제 어떻게 생겨났는지를 이해하려는 시도는 [56]지구생물학과도 관련이 있다."어떻게"를 이해하기 위한 첫 번째 큰 진보는 시뮬레이션된 "원시 수프"에서 아미노산이 형성된 밀러-우레이 실험으로 이루어졌다.또 다른 이론은 생명이 해양의 중간 확산 센터에 있는 열수 분출구와 비슷한 시스템에서 비롯되었다는 것입니다.피셔-트롭쉬 합성에서는 다양한 탄화수소가 환기구와 같은 조건에서 형성됩니다.다른 아이디어로는 최초의 생물학적 분자가 RNA였다고 가정하는 "RNA 월드" 가설과 생명체가 태양계의 다른 곳에서 기원하여 [55]운석을 통해 지구로 보내졌다는 생각이 있다.

방법론

미국 옐로스톤 국립공원 노리스 가이저 분지의 산성 토양에서 자라는 미생물 매트입니다.검은색 윗부분은 일종의 자외선 차단제 역할을 하며 밑을 보면 녹색 시아노박테리아를 볼 수 있습니다.

지구생물학은 다양한 분야의 아이디어와 기술을 포괄하는 다양하고 다양한 분야이지만,[3] 생명과 지구의 상호작용을 연구하는 데 중요한 많은 방법들이 여기에 강조되어 있다.

  1. 미생물 실험실 배양은 관심 생물의 신진대사와 라이프스타일을 특징짓기 위해 사용된다.
  2. 유전자 염기서열 분석을 통해 과학자들은 계통유전학을 사용하여 현존하는 유기체 간의 관계를 연구할 수 있다.
  3. 실험적인 유전자 조작 또는 돌연변이 유발은 살아있는 유기체의 유전자의 기능을 결정하기 위해 사용된다.
  4. 현미경은 미생물의 세계를 시각화하기 위해 사용된다.현미경 작업은 환경 관찰에서 DNA 프로브를 사용한 정량적 연구, 전자 현미경(EM)에 의한 미세-미네랄 인터페이스의 고화질 시각화까지 다양합니다.
  5. 동위원소 추적기는 미생물 대사를 이해하기 위해 생화학 반응을 추적하는데 사용될 수 있다.
  6. 암석의 동위원소 자연적 풍부성은 생물학적 기원과 일치하는 동위원소 분화를 찾기 위해 측정될 수 있다.
  7. 상세한 환경적 특성은 서식지가 생명의 진화를 주도하고 있는 것이 무엇인지를 이해하는 데 중요하며, 그 틈새에 생명이 어떻게 변화하고 있는지 이해하는 데에도 중요합니다.온도, 빛, pH, 염도, 산소와 같은 특정 분자의 농도, 생물학적 군집 등을 포함하며 이에 한정되지 않습니다.
  8. 퇴적물학과 층서학은 암석을 읽는 데 사용된다.암석기록에는 퇴적물, 퇴적물, 응집물, 조형물, 변형을 통해 발굴할 수 있는 퇴적물의 지질학적 과정이 기록되어 있다.
  9. 화석의 규모(미생물학)는 일반적으로 더 작지만 화석의 연구와 연구는 지구생물학에서 중요하다.
  10. 생물이나 신진대사의 특정 그룹의 존재를 나타내는 화석화된 또는 현대 분자의 생화학적 분석은 생명과 신진대사의 다양성 [8]질문에 대한 증거에 대한 해답을 얻기 위해 사용된다.
  11. 고자기학은 행성의 고대 자기장을 연구하는 학문이다.그것은 자기장, 생물광물화, 그리고 지구 생태계의 변화를 이해하는 데 있어 중요하다.

하위 분야 및 관련 분야

이름에서 알 수 있듯이, 지구생물학은 많은 다른 학문 분야와 밀접하게 관련되어 있고, 명확하게 정의된 경계나 정확히 무엇이 구성되었는지에 대한 완벽한 합의를 가지고 있지 않다.일부 실무자들은 생물 지구 화학, 고생물학, 미생물 생태학과 같은 오래되고 확립된 많은 분야를 망라하여 그것의 경계를 매우 넓게 본다.다른 사람들은 보다 좁은 관점을 가지고, 지구미생물학과 같은 기존의 분야들 사이에 있는 새로운 연구들에 그것을 할당한다.다음 목록은 지구생물학(예: 지구미생물학)의 일부인 것뿐만 아니라 과학적 관심을 공유하지만 역사적으로 지구생물학의 하위 분야로 간주되지 않은 것(예: 고생물학)을 포함한다.

우주생물학

우주생물학은 지구생물학과 행성과학 자료를 조합하여 다른 행성에서 생명체를 찾기 위한 맥락을 확립하는 학문적 분야이다.무생물 화학과 지질학, 즉 생물의 발생에서 생명의 기원은 우주생물학의 주요 주제이다.비록 그것이 근본적으로 지구에 얽힌 관심사이고, 따라서 지구생물학적 관심이 크지만, 생명의 기원에 도달하는 것은 생명체가 무엇을 필요로 하는지, 만약 있다면, 무엇이 지구에 특별한지, 생명이 꽃을 피울 수 있도록 무엇이 바뀌었는지, 생명체의 증거를 구성하는지, 그리고 생명체를 구성하는 것까지도 고려할 필요가 있다.이것은 과학자들이 외계 생명체를 찾을 때 물을 수 있는 것과 같은 질문이다.또한, 우주생물학자들은 다른 대사와 원소, 다른 행성이나 우주선에 있는 지구 유기체의 생존 가능성, 행성과 태양계의 진화, 그리고 우주 지구 [57]화학을 바탕으로 생명체의 가능성을 연구한다.

생물 지구 화학

생물 지구 화학은 자연 환경의 반응과 구성을 이해하기 위해 생물학적, 지질학적, 화학적 과정을 종합하는 시스템 과학이다.주로 질소나 탄소와 같은 전지구적 원소 주기와 관련이 있다.생물 지구 화학의 아버지는 제임스 러브록이었는데, 그의 "가이아 가설"은 지구의 생물학적, 화학적, 그리고 지질학적 시스템이 생명을 [58]지탱하는 지구의 조건을 안정시키기 위해 상호작용한다는 것을 제안했다.

지구화학

미국 와이오밍주 그린리버 셰일의 스트로마톨라이트로, 에오세까지 거슬러 올라간다.

지구 생물 화학은 생물 지구 화학과 비슷하지만 지구 주기에서 생명체의 역할과는 달리 생명체의 생화학적 과정의 발달에 지질학의 영향을 강조하는 것이 다르다.이것의 주된 목표는 유전자의 진화적 수정과 유전자와 단백질의 발현 변화를 포함하는 생물학적 변화를 지구화학적 과정의 온도, 압력, 조성의 변화와 연결시켜 신진대사가 언제 어떻게 진화했는지를 이해하는 것이다.지구생물화학은 신진대사 촉매 작용으로 냉각된 [59]행성에 갇힌 에너지를 방출할 수 있기 때문에 생명체가 행성 반응이라는 개념에 기초한다.

환경미생물학

미생물학은 현미경으로 가장 잘 볼 수 있는 생명체의 연구와 관련된 광범위한 과학 분야이다.그것은 지구생물학과 직접적인 관련이 있는 여러 분야를 포함하고 있으며 미생물학의 도구들은 모두 지구생물학과 관련이 있다.환경미생물학은 미생물학에 대한 전통적인 연구실 기반 접근법과는 달리 자연과 관련된 실제 생물과 과정을 이해하려고 하기 때문에 특히 지구생물학에 얽혀 있다.미생물 생태학도 비슷하지만 화학 및 지질학적 물리적 환경의 생태계뿐만 아니라 공동체 내에서의 실험실 연구와 유기체 간의 관계에 더 초점을 맞추는 경향이 있습니다.둘 다 다양한 환경에서 샘플 채취, 메타게노믹스, DNA 배열 분석 및 통계와 같은 기술에 의존합니다.

지구미생물학과 미생물 지구화학

다른 신진대사를 하는 다른 유기체를 포함하는 미생물 매트의 수직 단면.녹색은 시아노박테리아로 추정되며 티피와 같은 미세구조가 표면에 보인다.

지구미생물학은 전통적으로 미생물과 광물 사이의 상호작용을 연구한다.미생물 지구화학은 일반적으로 미생물학의 도구에 의존하지만, 암석의 관점에서 동일한 주제에 접근하기 위해 지질학적, 화학적 방법을 사용한다.지구미생물학과 미생물 지구화학(GMG)은 미생물, 지구, 환경 시스템 간의 관계를 보다 폭넓게 다루는 비교적 새로운 학문 간 분야입니다.지구 생물학과 지구 화학의 하위 집합으로 불리는 GMG는 원소 생물 화학적 순환과 지구상의 생명체 진화를 이해하려고 한다.구체적으로, 그것은 미생물이 어디에 살고 있는지, 지역적이고 세계적인 풍부함, 그들의 구조적이고 기능적인 생화학, 그들이 어떻게 진화해왔는지, 생물광물화, 그리고 그들의 보존 잠재력과 암석 기록에서의 존재에 대한 질문을 던진다.많은 면에서 GMG는 지구생물학과 동등한 것으로 보이지만, 범위가 다르다: 지구생물학은 모든 생명체의 역할에 초점을 맞추고 있는 반면, GMG는 엄밀하게 미생물이다.그럼에도 불구하고, 이 아주 작은 생물들이 오랜 시간에 걸쳐 통합된 삶의 역사에 지배하고 가장 광범위한 [60]영향을 미친 것으로 보인다.

분자지질생물학

분자지질미생물학은 지질학적으로 관련된 생물학적 과정을 이해하기 위해 기계적인 접근을 한다.그것은 DNA, 단백질, 지질 또는 어떤 대사물의 수준일 수 있다.분자지질생물학 연구의 한 예는 최근에 만들어진 용암장이 미생물에 의해 어떻게 식민지화 되는지를 연구하는 것이다.헬싱키대학은 현재 성공적인 초기 식민지화를 위해 어떤 미생물 특성이 필요한지, 미생물 승계의 물결이 화산암을 비옥한 [61]토양으로 바꾸는 방법을 알아내기 위해 연구를 진행하고 있다.

유기 지구 화학

유기 지구화학은 퇴적암의 화석 기록에 나타나는 유기 분자에 대한 연구이다.이 분야의 연구는 종종 지질 바이오마커인 분자 화석에 관한 것이다.진핵생물에서 발견되는 막지질인 스테롤과 호파노이드 같은 분자와 박테리아는 암석 기록에서 10억년 단위로 보존될 수 있다.그들이 유래한 유기체의 죽음과 침전 후에, 그들은 지질로부터 많은 특정한 기능성 기들이 손실되는 디아제네시스라고 불리는 과정을 거친다. 그러나 탄화수소 골격은 온전하게 남아 있다.이 화석화된 지질들은 각각 [62]스테란과 호판이라고 불립니다.알프레드 E가 석유에서 발견한 포르피린과 같은 다른 종류의 분자 화석도 있다. 트리브는 실제로 [8]이 분야의 발명을 이끌었다.지구생물학과도 관련이 있는 지구화학의 다른 측면으로는 과학자들이 암석 기록에서 동위원소 분화를 찾는 동위원소 지구화학과 자철광이나 미생물적으로 정제된 금과 같은 생체 광물의 화학 분석이 있다.

뉴펀들랜드 미스 포인트의 에디아카란 화석.에디아카란 생물군은 에디아카란 시대에 시작되었고 오늘날 대부분의 동물들과 다르다.

고생물학

아마도 고생물학은 화석의 연구일 것이다.그것은 화석, 미생물 또는 공룡, 흔적 또는 시체 화석에 대한 발견, 발굴, 연대 측정 및 고고학적 이해를 포함한다.미세수명학은 특히 지구생물학과 관련이 있다.추정 박테리아 미세 화석과 고대 스트로마톨라이트는 산소 광합성과 [63]같은 신진대사의 상승의 증거로 사용된다.스테란이나 호판 같은 지질 바이오마커와 같은 분자 화석을 찾는 것 또한 지구 생물학과 유기 지구 [8]화학에서 중요한 역할을 해왔다.관련된 하위 원리는 고생태학 및 고생물 지리학을 포함한다.

생물 지리학

생물지리학은 시간을 통한 생명체의 지리적 분포에 대한 학문이다.대륙간 또는 마이크로크로닉 사이에 존재하는 유기체의 현재 분포, 시간이나 과거에 존재하는 유기체의 분포를 볼 수 있습니다. 이것은 고생물 지리학이라고 불립니다.

진화생물학

진화생물학은 지구상의 생명체의 다양성을 형성하는 진화 과정을 연구하는 학문이다.그것은 유전학, 생태학, 생물 지리학, 고생물학을 통합하여 자연 선택, 분산, 적응, 발산, 유전적 표류, 종분화를 포함한 주제들을 분석합니다.

생태수문학

생태수문학은 물과 생태계의 상호작용을 연구하는 학문적 분야이다.물의 안정적인 동위원소는 때때로 물리적 환경과 [64][65]생물권 사이의 수원과 흐름 경로의 추적자로 사용된다.

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