Жер және биосфера арасындағы өзара әрекеттесулерді зерттеу

Кіріспе

Жер мен биосфера арасындағы өзара әрекеттесуді зерттеу

Геобиология – физикалық Жер мен биосфера арасындағы өзара әрекеттесуді зерттейтін ғылыми зерттеу саласы. Бұл салыстырмалы түрде жас сала, оның шекаралары өзгермелі. Экология, эволюциялық биология, микробиология, палеонтология, әсіресе топырақ ғылымдары мен биогеохимия салалары арасында айтарлықтай үйлесім бар. Геобиология биология, геология және топырақ ғылымдарының принциптері мен әдістерін өмір мен Жердің эволюциялық дамуының ежелгі тарихын зерттеуге, сондай-ақ қазіргі әлемдегі өмірдің рөлін зерттеуге қолданады. Геобиологиялық зерттеулер микроорганизмдерге және литосфера, атмосфера, гидросфера және/немесе криосфера қиылысында болатын педосфераның химиялық және физикалық ортасын өзгертуде өмірдің атқаратын рөліне бағытталған. Ол биогеохимиядан ерекшеленеді, өйткені назар ғаламдық химиялық циклдерге емес, кеңістіктегі және уақыттағы процестер мен организмдерге аударылады. Геобиологиялық зерттеулер геологиялық деректерді қазіргі заманғы биологиялық зерттеулермен біріктіреді. Ол организмдердің Жерге және керісінше әсер ету жолдарын, сондай-ақ Жер мен өмірдің бірге қалай өзгергенін зерттейді. Көптеген зерттеулер негізгі түсініктерді іздеуге негізделген, бірақ геобиология да қолданбалы сала болып табылады, мысалы, мұнай төгілген жерді тазартатын микробтарды зерттеу. Баас Беккингтің геобиологияны түсінуіне оның алдыңғылары, соның ішінде Голландия микробиология мектебінің оқытушысы Мартин Бейеринк үлкен әсер етті. Басқаларға Владимир Вернадский кіретін, ол "Биосфера" (1926) кітабында өмірдің Жер бетіндегі ортаны өзгертетінін дәлелдеді, және литотрофты бактерияларды ашқан Сергей Виноградский. Геобиологияны зерттеуге арналған алғашқы зертхана – Австралиядағы Баас Беккинг Геобиологиялық зертханасы, ол 1965 жылы есігін ашты. Осылайша органикалық геохимия құрылып, биомаркерлер туралы түсінік орнатылды, бұл геобиологияның маңызды аспектісі. Бірақ тас жартастардағы өмірдің химиялық іздерін іздеуге қажетті құралдар бірнеше онжылдықтан кейін ғана қолжетімді болды. 1970 және 1980 жылдары Джеффри Эглингтон және Роджер Саммонс сияқты ғалымдар GCMS сияқты құралдарды пайдалана отырып, тау жыныстарынан липидтік биомаркерлерді таба бастады. Биологиялық жағынан алғанда, 1977 жылы Карл Вуз және Джордж Фокс Жердегі тіршіліктің филогенезиясын жариялады, оның ішінде жаңа домен – Архея енді. Ал 1990 жылдары генетика және геномика зерттеулері мүмкін болды, бұл өмір мен планетаның өзара әрекеттесуін зерттеу аясын кеңейтті. Бүгінде геобиологияның 2003 жылы құрылған Geobiology және 2004 жылы құрылған Biogeosciences сияқты өз журналдары бар, сондай-ақ ірі ғылыми конференцияларда мойындалды. 2011 жылы өзінің Гордон зерттеу конференциясын өткізді, геобиология бойынша бірқатар оқулықтар жарық көрді, және әлемнің көптеген университеттері геобиология бойынша білім беру бағдарламаларын ұсынады (сыртқы сілтемелерді қараңыз).

Geobiology is a field of scientific research that explores the interactions between the physical Earth and the biosphere. It is a relatively young field, and its borders are fluid. There is considerable overlap with the fields of ecology, evolutionary biology, microbiology, paleontology, and particularly soil science and biogeochemistry. Geobiology applies the principles and methods of biology, geology, and soil science to the study of the ancient history of the co evolution of life and Earth as well as the role of life in the modern world. Geobiologic studies tend to be focused on microorganisms, and on the role that life plays in altering the chemical and physical environment of the pedosphere, which exists at the intersection of the lithosphere, atmosphere, hydrosphere and/or cryosphere. It differs from biogeochemistry in that the focus is on processes and organisms over space and time rather than on global chemical cycles. Geobiological research synthesizes the geologic record with modern biologic studies. It deals with process how organisms affect the Earth and vice versa as well as history how the Earth and life have changed together. Much research is grounded in the search for fundamental understanding, but geobiology can also be applied, as in the case of microbes that clean up oil spills. Baas Becking's understanding of geobiology was heavily influenced by his predecessors, including Martinus Beyerinck, his teacher from the Dutch School of Microbiology. Others included Vladimir Vernadsky, who argued that life changes the surface environment of Earth in The Biosphere, his 1926 book, and Sergei Vinogradsky, famous for discovering lithotrophic bacteria. The first laboratory officially dedicated to the study of geobiology was the Baas Becking Geobiological Laboratory in Australia, which opened its doors in 1965. thereby founding organic geochemistry and establishing the notion of biomarkers, a critical aspect of geobiology. But several decades passed before the tools were available to begin to search in earnest for chemical marks of life in the rocks. In the 1970s and '80s, scientists like Geoffrey Eglington and Roger Summons began to find lipid biomarkers in the rock record using equipment like GCMS. On the biology side of things, in 1977, Carl Woese and George Fox published a phylogeny of life on Earth, including a new domain the Archaea. And in the 1990s, genetics and genomics studies became possible, broadening the scope of investigation of the interaction of life and planet. Today, geobiology has its own journals, such as Geobiology, established in 2003, and Biogeosciences, established in 2004, as well as recognition at major scientific conferences. It got its own Gordon Research Conference in 2011, a number of geobiology textbooks have been published, and many universities around the world offer degree programs in geobiology (see External links).

Үлкен геобиологиялық оқиғалар

Мүмкін, ең маңызды геобиологиялық құбылыс – фотосинтездік бактериялардың атмосфераға оттегін енгізуі. Жердің алғашқы атмосферасының оксигенделуі (оксиген апаты немесе Ұлы оксигендеу оқиғасы деп аталады) және мұхиттардың оксигенделуі жер бетіндегі биогеохимиялық циклдарды және эволюциялық таңдауға ұшыраған организмдердің түрлерін өзгертті. Соңынан болған маңызды өзгеріс – көпжасушалылықтың пайда болуы. Оттегінің болуы эукариоттардың, ал кейін көпжасушалы өмірдің дамуына жағдай жасады. Адамға қатысты геобиологиялық құбылыстарға жануарлардың пайда болуы және құрлықтағы өсімдіктердің орналасуы жатады, бұл континенттік эрозия мен қоректік заттар айналымына әсер етті, сондай-ақ бұрынғысынан көп арналы өзендердің пайда болуына мүмкіндік беріп, өзендердің түрлерін өзгертті. Көбінесе байқамайтын геобиологиялық құбылыстарға термиттердің шөгінділерді аударып тастауы, маржан рифтерінің кальций карбонатын жинауы және толқындарды тоқтатуы, губкалардың еріген теңіз кремнийін сіңіруі, динозаврлардың өзен жағалауларын бұзып, су тасқынына себеп болуы, ірі сүтқоректілердің нәжісінің қоректік заттарды таратудағы рөлі кіреді.

Маңызды ұғымдар

Геобиология Жер және тіршілікті зерттеуді біріктіретін бірнеше негізгі ұғымдарға негізделген. Өмір мен Жер арасындағы өткен және қазіргі әрекеттесуді зерттеудің көптеген қырлары әлі де толыққанды түсініксіз болғанымен, бірнеше маңызды идеялар мен ұғымдар геобиологиядағы білімнің базасын құрайды және зерттеу сұрақтарын қоюға арналған платформа болып табылады, соның ішінде өмір мен планетаның эволюциясы, олардың бірлескен эволюциясы, генетика – тарихи және функционалдық аспектілерде, барлық тіршіліктің метаболизмінің әртүрлілігі, өткен өмірдің шөгінділерде сақталуы және өмірдің пайда болуы.

Өмір мен Жердің эволюциялық бірлестігі

Геобиологияның негізгі түсінігі – тіршілік эволюция арқылы уақыт өте келе өзгеріп отырады. Эволюция теориясы организмдердің ерекше популяциялары немесе түрлерінің ата-баба популяциясындағы генетикалық өзгерістерден пайда болып, олар генетикалық дрейф және табиғи іріктеу арқылы ұрпақтан ұрпаққа берілгенін көрсетеді. Стандартты биологиялық эволюциямен қатар, тіршілік пен планета бірлесіп эволюциялайды. Организмінің тіршілік ететін экологиялық ортасына ең жақсы бейімделуге байланысты, ортаның физикалық және химиялық сипаттамалары табиғи іріктеу арқылы тіршіліктің эволюциясын қозғайды, бірақ керісінше де болуы мүмкін: эволюцияның әрбір жаңа қадамымен орта өзгеріп отырады. Бірлескен эволюцияның классикалық мысалы – Жердің архей атмосферасын оттегімен толықтырған, оттегі өндіретін фотосинтездік цианобактериялардың эволюциясы. Цианобактериялардың ата-тегі палеопротерозой дәуірінде немесе одан бұрын суды электрон көзі ретінде пайдаланып, күн энергиясын жұмсап, оттегін шығара бастады. Осы кезеңде, шамамен 2,4 – 2,1 миллиард жыл бұрын, геологиялық деректер атмосфералық оттегінің «Ұлы Оттегілену Оқиғасы» (GOE) деп аталатын жағдайда көтеріле бастағанын көрсетеді. Цианобактериялардың GOE-ге дейін қанша уақыт оттегілік фотосинтезді жүргізгені әлі белгісіз. Кейбір деректер геохимиялық «буферлер» немесе тұнбалардың оттегінің көтерілуін тежегендігін көрсетеді, мүмкін цианобактериялар GOE-ге дейін де болған. Басқа деректер оттегілік фотосинтездің өсуі GOE-мен бір мезгілде болғанын көрсетеді. Цианобактериялардың алғашқы оттегін өндіруінен бастап GOE-ге және бүгінгі күнге дейін Жердегі оттегінің болуы тіршілік пен планетаның эволюциясына зор әсер етті, сондай-ақ ежелгі өзендердегі пирит сияқты тотығуға жататын минералдардың жоғалуына да себеп болды. Темірдің жолақты формацияларының (BIF) пайда болуы оттегінің көтерілуіне байланысты деп есептеледі, себебі мұхиттардағы азайтқыш темір (Fe(II)) аз мөлшерде оттегімен әрекеттесіп, Батыс Австралия сияқты жерлерде Fe(III) оксидін қамтитын шөгінділердің қалыптасуына әкелді. Дегенмен, кез келген тотықтырғыш орта, соның ішінде темірді тотықтыратын фотоавтотроф Rhodopseudomonas palustris сияқты микроорганизмдер қамтамасыз ететін орта да темір оксидінің түзілуіне және BIF шөгінділерінің қалыптасуына ықпал етуі мүмкін. Басқа механизмдерге ультракүлгін сәулелердің әсерінен тотығу жатады. Шындығында, BIF Жер тарихының кең аумағында кездеседі және тек бір оқиғамен байланысты болмауы мүмкін. Сондай-ақ, ғаламдық мұз басулар мен «Жерді қармен жабу» оқиғалары, метанның оттегімен тотығуынан туындаған болуы мүмкін, Жердегі организмдер мен метаболизмдердің түрлерін өзгертуден басқа. Оттегінің көтерілуіне дейін организмдер оттегі газымен уланып, бүгінгі анаэробтар сияқты зиян көруі мүмкін, ал электрондарды қабылдау және энергия беру үшін оттегінің күшін пайдаланудың жолын тапқандар аэробтық ортаны мекендеуге және дамуға дайын болды.

A core concept in geobiology is that life changes over time through evolution. The theory of evolution postulates that unique populations of organisms or species arose from genetic modifications in the ancestral population which were passed down by drift and natural selection. Along with standard biological evolution, life and planet co evolve. Since the best adaptations are those that suit the ecological niche that the organism lives in, the physical and chemical characteristics of the environment drive the evolution of life by natural selection, but the opposite can also be true: with every advent of evolution, the environment changes. A classic example of co evolution is the evolution of oxygen producing photosynthetic cyanobacteria which oxygenated Earth's Archean atmosphere. The ancestors of cyanobacteria began using water as an electron source to harness the energy of the sun and expelling oxygen before or during the early Paleoproterozoic. During this time, around 2.4 to 2.1 billion years ago, geologic data suggests that atmospheric oxygen began to rise in what is termed the Great Oxygenation Event (GOE). It is unclear for how long cyanobacteria had been doing oxygenic photosynthesis before the GOE. Some evidence suggests there were geochemical "buffers" or sinks suppressing the rise of oxygen such as volcanism though cyanobacteria may have been around producing it before the GOE. Other evidence indicates that the rise of oxygenic photosynthesis was coincident with the GOE. The presence of oxygen on Earth from its first production by cyanobacteria to the GOE and through today has drastically impacted the course of evolution of life and planet. and the disappearance of oxidizable minerals like pyrite from ancient stream beds. The presence of banded iron formations (BIFs) have been interpreted as a clue for the rise of oxygen since small amounts of oxygen could have reacted with reduced ferrous iron (Fe(II)) in the oceans, resulting in the deposition of sediments containing Fe(III) oxide in places like Western Australia. However, any oxidizing environment, including that provided by microbes such as the iron oxidizing photoautotroph Rhodopseudomonas palustris, can trigger iron oxide formation and thus BIF deposition. Other mechanisms include oxidation by UV light. Indeed, BIFs occur across large swaths of Earth's history and may not correlate with only one event. and global glaciations and Snowball Earth events, perhaps caused by the oxidation of methane by oxygen, not to mention an overhaul of the types of organisms and metabolisms on Earth. Whereas organisms prior to the rise of oxygen were likely poisoned by oxygen gas as many anaerobes are today, those that evolved ways to harness the electron accepting and energy giving power of oxygen were poised to thrive and colonize the aerobic environment.

Жер өзгерді

Жер 4,5 миллиард жыл бұрын планеталық қалыптасуынан бері өзгеріске ұшырады. Материктер пайда болып, бөлініп, бірігіп, тіршіліктің таралуына жаңа мүмкіндіктер мен кедергілер туғызды. Изотоптық деректер көрсеткендей, атмосфера мен мұхиттардың тотығу-тотықсыздану жағдайы өзгерді. Көмірқышқыл газы, азот, метан және оттегі сияқты бейорганикалық қосылыстардың мөлшері ауытқып отырды, бұл жаңа биологиялық метаболизмдердің дамуына және осы химиялық заттарды пайдалануға бейімделген жаңа метаболизмдердің эволюциясына ықпал етті. Жер шамамен 3,4 миллиард жыл бұрын магнит өрісіне ие болды, ол миллиондаған жылдар бойы геомагниттік кері айналымдарды бастан өткерді. Жер бетінің температурасы үнемі өзгеріп тұрады, мұздық дәуірлер мен "Қарлы Жер" құбылыстары кезінде мұздың альбедосының кері байланысы салдарынан төмендеп, жанартаулық газдардың шығуынан көтеріліп, силикаттық тоздырудың кері байланысы арқылы тұрақтанады. Күннің сәулесі де уақыт өте келе артты. Тау жыныстары Жердің пайда болғаннан бері температураның салыстырмалы түрде тұрақты болғанын көрсетеді, сондықтан Археан дәуірінде, күн жас әрі әлсіз болған кезде температураны жоғары ұстау үшін көбірек парниктік газдар болған болуы керек. Жердің ортасындағы осы маңызды айырмашылықтар планетамыздың тарихы бойында тіршіліктің эволюциясына әртүрлі шектеулер қойды. Сонымен қатар, тіршілік ортасындағы одан да нәзік өзгерістер үнемі жүріп жатыр, бүгін және тау жыныстарында байқалатын организмдер мен іздерді қалыптастырады.

Геобиологиялық функция мен тарихты гендер кодтайды

Генетикалық код эволюция тарихын қарастыру және организмдердің қабілеттерін түсінуге маңызды. Гендер - мұрагерлік пен функцияның негізгі бірлігі, сондықтан олар эволюцияның негізгі бірлігі және метаболизмнің арқасында жұмыс істейтін механизмдері.

Филогенез эволюциялық тарихты болжайды

Филогенез тірі организмдердің генетикалық тізбектерін алып, оларды бір-бірімен салыстырып, эволюциялық байланыстарды анықтайды, дәл сияқты туыстық ағаш адамдардың алыс туыстарымен қалай байланысты екенін көрсетеді. Ол бізге қазіргі заманғы қарым-қатынастарды түсінуге және эволюцияның бұрын қалай жүргенін болжауға мүмкіндік береді. Филогенез тарих туралы түсінік беру үшін қосымша ақпаратпен біріктіріледі. ДНК-дағы әрбір айырмашылық бір түрдің екінші түрден қалай өзгешеленгенін көрсетеді. Содан кейін, өмір мен ортаның сол кездегі басқа өзгерістері туралы түсінікпен, белгілі бір эволюциялық жолдар неге таңдалып алынғанын болжауға бастаймыз.

Метаболизмді кодтайтын гендер

Молекулалық биология ғалымдарға микробтық өсіру және мутагенезді пайдалана отырып, геннің қызметін түсінуге мүмкіндік береді. Басқа организмдердегі ұқсас гендерді, сондай-ақ метагеномдық және метатранскриптомдық деректерді іздеу, белгілі бір экожүйеде қандай процестер маңызды екенін түсінуге көмектеседі, бұл ортадағы биогеохимиялық циклдер туралы түсінік береді. Мысалы, геобиологиядағы қызықты мәселе – метанның жаһандық айналымындағы организмдердің рөлі. Генетика метанооксигеназа генінің (pmo) метанды тотықтыру үшін қолданылатынын және барлық аэробалық метаноокистендірушілерде, яғни метанотрофтарда кездесетінін көрсетті. Ортадағы pmo генінің ДНК тізбектерінің болуын метанотрофияның белгісі ретінде пайдалануға болады. Көбірек қолданылатын құрал – бактериялар мен археяларда кездесетін 16S рибосомалық РНК гені. Бұл ген уақыт өте өте баяу эволюциялайды және көлденең таралуға бейім емес, сондықтан оны ортадағы организмдердің түрлі таксономиялық топтарын ажырату үшін жиі қолданады. Осылайша, гендер организмнің метаболизмі мен сәйкестендіруіне қатысты ақпарат береді. Генетика бізге «кім бар?» және «олар не істеп жатыр?» деген сұрақтарды қоюға мүмкіндік береді. Бұл тәсіл метагеномика деп аталады. Warrawoona-дағы строматолиттердің микробтардың ежелгі қауымдастықтарынан пайда болғаны болжануда.

Метаболизмнің әртүрлілігі қоршаған ортаға әсер етеді

Өмір энергия өндіру, биосинтез жасау және қалдықтарды жою үшін химиялық реакцияларды пайдаланады. Әр түрлі организмдер бұл негізгі қажеттіліктерді қанағаттандыру үшін әртүрлі метаболизмік тәсілдерді қолданады. Біз сияқты жануарлар аэробикалық тыныс алумен шектеледі, ал басқа организмдер сульфатты (SO42-), нитратты (NO3-), темір (III) ионын (Fe(III)), және уранды (U(VI)) "тыныс алып" немесе ферментациядан алынған энергиямен өмір сүреді. [[Файл:Джонни формациясының "үлкен" ооидтары.jpg|thumb|"Джонни" формациясының "үлкен" ооидтары, Калифорния штаты, АҚШ, Өлім аңғары аймағы. Ооидтар – орталық ядроның айналасында жиналатын, сфераға жақын кальций карбонаты бөлшектері, олар оолит сияқты құрылымдарды құрастыру үшін шөгіндіге түседі. Микробтар ооидтардың қалыптасуына қатыса алады. Көбінесе астробиология саласына жатқызылса да, өмірдің қалай және қашан пайда болғанын түсінуге жасалған тырыстықтар геобиология үшін де маңызды. "Қалай" деген сұраққа жауап берудегі алғашқы маңызды қадам Миллер-Урей эксперименті болды, онда аминқышқылдары симуляцияланған "алғашқы сорпадан" пайда болды. Тағы бір теория, өмір орта мұхиттың кеңейіп жатқан орталықтарындағы гидротермальды қайнарларға ұқсас жүйеде пайда болды дегенді айтады. Фишер-Тропш синтезінде, қайнарларға ұқсас жағдайларда әртүрлі көмірсутектер пайда болады. Басқа идеялардың ішінде "РНК әлемі" гипотезасы бар, ол алғашқы биологиялық молекула РНК болды деп болжайды, сондай-ақ өмір Күн жүйесінің басқа бөлігінде пайда болып, Жерге, мүмкін метеорит арқылы жеткен деген ой бар.

Биогеохимия

Биогеохимия – табиғи ортаның реакциялары мен құрамын түсіну үшін биологиялық, геологиялық және химиялық процестерді біріктіре зерттейтін жүйелік ғылым. Ол ең алдымен азот және көміртек сияқты жаһандық элементтердің айналымымен айналысады. Биогеохимияның негізін қалаушы – Джеймс Лавлок, оның «Гая гипотезасы» Жердегі биологиялық, химиялық және геологиялық жүйелердің өмірді сақтау үшін Жердегі жағдайларды тұрақтандыру мақсатында бір-бірімен өзара әрекеттесетінін жобалады.

Геобиохимия

thumb|Эоценге дейін датирленген АҚШ, Вайоминг штатындағы Жасыл өзен тақтасындағы строматолиттер. Геобиохимия биогеохимияға ұқсас, бірақ геологияның тіршілік әрекетінің биохимиялық процестерінің дамуына тигізетін әсеріне баса назар аударумен ерекшеленеді, Жердің айналымындағы тіршілік әрекетінің рөлінен өзгеше. Оның басты мақсаты – биологиялық өзгерістерді, гендердің эволюциялық өзгерістерін және гендер мен ақуыздардың экспрессиясындағы өзгерістерді геохимиялық процестердің температурасы, қысымы және құрамындағы өзгерістермен байланыстырып, метаболизмнің қашан және қалай дамығанын түсіну. Геобиохимия өмір – планеталық жауап деген тұжырымға негізделген, себебі метаболикалық катализ салқындаған планетада тұтқындалған энергияны босатуға мүмкіндік береді.

Қоршаған ортаның микробиологиясы

Микробиология – микроскоппен жақсырақ көрінетін тіршілікті зерттейтін кең ғылыми сала. Ол геобиологияға тікелей қатысы бар бірнеше салаларды қамтиды, және микробиологияның барлық құралдары геобиологиямен байланысты. Қоршаған орта микробиологиясы, әсіресе, геобиологиямен тығыз байланысты, себебі ол дәстүрлі зертханалық тәсілге қарамай, табиғатта маңызды организмдер мен процестерді түсінуге ұмтылады. Микробтық экология да осыған ұқсас, бірақ ол зертханалық зерттеулерге және организмдер арасындағы қарым-қатынастарға, сондай-ақ олардың химиялық және геологиялық физикалық ортасының экожүйесіне көбірек назар аударады. Екеуі де әртүрлі орталардан үлгілерді жинау, метагеномика, ДНҚ тізбектеу және статистика сияқты әдістерді пайдаланады.

Геомикробиология және микробтық геохимия

Микробтық кілемнің тік қимасы – әртүрлі метаболизмдерді жүзеге асыратын әртүрлі организмдерді қамтиды. Жасыл түстілер, болжам бойынша, цианобактериялар, ал бетінде шатыр тәрізді микроқұрылымдар байқалады. Геомикробиология дәстүрлі түрде микроорганизмдер мен минералдардың арасындағы өзара әрекеттесуді зерттейді. Микробиологияның құралдарына көптеген жағдайларда сүйенсе де, микробиологиялық геохимия геологиялық және химиялық әдістерді пайдаланып, тау жыныстарының тұрғысынан осы тақырыпқа қарайды. Геомикробиология және микробтық геохимия (ГМГ) – микроорганизмдер, Жер және қоршаған орта жүйелері арасындағы қарым-қатынасты кеңінен қарастыратын салыстырмалы түрде жаңа пәнаралық сала. Геобиология мен геохимияның бір бөлігі ретінде қарастырылатын ГМГ элементтік биогеохимиялық циклдарды және Жердегі тіршіліктің эволюциясын түсінуге бағытталған. Атап айтқанда, микроорганизмдердің қайда мекендейтіні, олардың жергілікті және жаһандық таралуы, құрылымдық және функционалдық биохимиясы, олардың қалай эволюцияға ұшырағаны, биоминерализациясы, сақталу мүмкіндігі және тау жыныстарының құрамында кездесуі туралы сұрақтарды қарастырады. Көп жағдайда ГМГ геобиологияға ұқсас көрінеді, бірақ көлемі бойынша ерекшеленеді: геобиология барлық тіршілік иелерінің рөліне назар аударады, ал ГМГ қатаң түрде микробиологиялық. Дегенмен, осы ең кішкентай тіршілік иелері уақыт өте келе тіршіліктің тарихында басымдық танытып, ең кең ауқымды әсерлерге ие болған.

Молекулалық геомикробиология

Молекулалық геомикробиология геологиялық тұрғыдан маңызды биологиялық процестерді түсінуге қатысты механикалық көзқарас ұсынады. Бұл ДНК, ақуыз, липидтер немесе кез келген метаболит деңгейінде жүзеге асырылуы мүмкін. Молекулалық геомикробиологияның бір мысалы – жақында пайда болған лава далаларының микроорганизмдермен қалай мекенделетінін зерттеу. Хельсинки университеті қазіргі таңда алғашқы сәтті мекендеу үшін қажетті нақты микробиологиялық қасиеттерді және микробиологиялық ізбе-қорғасынның толқындары жанартаулық тау жынысын қалай құнарлы топыраққа айналдыратынын анықтау мақсатында зерттеулер жүргізіп жатыр.

Органикалық геохимия

Органикалық геохимия – шөгінді тау жыныстарындағы тауаралық қалдықтарда кездесетін органикалық молекулаларды зерттейтін ғылым. Осы саланың зерттеулері көбінесе липидтік биомаркерлер болып табылатын молекулалық қазбаларға арналған. Стериндер мен хопаноидтар сияқты молекулалар, сәйкесінше эукариоттар мен бактерияларда кездесетін мембраналық липидтер, миллиард жылдық уақыт өлшемдерінде тау жынысы жазбаларында сақталуы мүмкін. Олар шыққан организмнің өлімінен және шөгінділенуінен кейін диагенез деп аталатын процеске түседі, оның нәтижесінде липидтердің көптеген нақты функционалдық топтары жоғалады, бірақ көмірсутек қаңқасы бұзылмайды. Бұл қазбаланған липидтер сәйкесінше стерандар және хопандар деп аталады. Молекулалық қазбалардың басқа да түрлері бар, мысалы, порфириндер, оларды Альфред Э. Трейбс мұнайда ашқан, бұл осы ғылымның пайда болуына себеп болды. Стериндер мен хопандар сияқты липидтік биомаркерлер сияқты молекулалық қазбаларды іздеу геобиология және органикалық геохимияда маңызды рөл атқарады.