Opdagelse af ukendt brint i midten af ​​oceanets højderyg peger på skjult biosfære

Ved at give det første estimat af, hvor meget brint der er tilgængeligt til at brænde mikrobielt liv i den solfrie underhavbundsskorpe under Mid-Ocean Ridge (MOR), en ny Duke University-ledet undersøgelse kaster lys over en af ​​Jordens mindst forståede biosfærer.

Det kan også hjælpe med at belyse, hvordan lignende forhold kan understøtte livet i andre ekstreme miljøer, fra fjerne planeter til den tidlige Jord selv.

De fleste mikrober bruger sollys-drevet fotosyntese til at skabe organisk stof. Men kemosyntetiske mikrobielle samfund, der lever dybt inde i den vulkanske sten i Jordens oceaniske skorpe, mangler denne energikilde og bruger brint, frigives som en fri gas, når vand strømmer gennem den jernrige sten, som deres brændstof til at omdanne kuldioxid til mad.

Forskere har vidst, at liv kan trives i afgrunden siden kort efter opdagelsen af ​​de første hydrotermiske dybhavsåbninger i 1977. Men det var først i 2013, at mikrobiologer opdagede mikrobielle samfund, der lever i vulkanske klipper under havbunden. Den opdagelse vakte udbredt videnskabelig nysgerrighed, ikke kun på grund af den potentielle størrelse af den nyfundne biosfære – havskorpen er flere kilometer tyk og dækker 60 % af Jordens overflade – men også fordi den ekstreme, iltfattige forhold fundet der ligner dem, da livet begyndte på Jorden, en tid, hvor kemisk energi kan have været den eneste energikilde, der var til rådighed for mikrobernes stofskifte.

"Indtil nu, imidlertid, vi havde ingen gode begrænsninger på den samlede størrelse af disse mikrobielle samfund eller hvor meget brint de forbruger. Denne nye undersøgelse giver et første skøn og giver os ny indsigt i omfanget af disse mikrobers indvirkning på Jordens klima og palæoklima, " sagde Lincoln Pratson, Gendell familieprofessor i energi og miljø ved Duke's Nicholas School of the Environment.

"Det giver os også grænsebetingelser for, hvad nogle af de tidligste livsformer på Jorden skulle håndtere, og hvor du kan lede efter liv på andre planeter, " han sagde.

Forskerne offentliggjorde deres peer-reviewede papir i ugen den 11. maj i Proceedings of the National Academy of Sciences .

For at gennemføre deres undersøgelse, de konstruerede en kassemodel, der vurderede den samlede produktion af brintgas (H2) fra ni forskellige geologiske kilder inden for en næsten 30 millioner kvadratkilometer korridor af oceanisk skorpe centreret på Mid-Ocean Ridge. Korridoren slanger sig langs højderyggen gennem alle verdenshavene og dækker omkring 10 % af hele havskorpen.

Holdet estimerede også, hvor meget af denne brintgas, der sandsynligvis blev frigivet til havet gennem hydrotermiske åbninger på havbunden, baseret på mere end 500 målinger af vandprøver indsamlet af andre forskere på tidligere ekspeditioner langs Mid-Ocean Ridge.

"Ved at trække mængden af ​​gas, der udluftes, hvilket var omkring 20 millioner tons om året, fra den mængde, der produceres, hvilket var omkring 30 millioner tons om året, vi stod tilbage med omkring 10 millioner tons årligt, dvs. formentlig, bliver forbrugt af mikrober i denne strimmel af skorpe, " sagde hovedforfatter Stacey L. Worman, en tidligere studerende hos Pratson, hvis doktorafhandling fra 2015 om brintgasreserver under Mid-Ocean Ridge gav impulsen til det nye studie.

Disse tal tyder på, at mikrobielle samfund spiller en væsentlig rolle i at hjælpe med at regulere Jordens globale biogeokemi, sagde Worman, som nu arbejder som forskningsanalytiker hos Chevy Chase Trust i Bethesda, Md.

"Mikrober under havbunden og i det mørke hav forbruger betydelige mængder af denne reducerede gas. Uden disse mikrober forbruger denne meget diffuse gas, denne geologisk producerede H2 kunne tænkes at flygte ud i atmosfæren, " hun sagde.

Et sådant input ville repræsentere et betydeligt bump - omkring 10 % - i forhold til Jordens nuværende atmosfæriske brintbudget. Da brintgas kan fremskynde opbygningen af ​​drivhusgasser i den lavere atmosfære, som kan have en betydelig indflydelse på den globale opvarmning.

På globalt plan, virkningen kan være meget større, Pratson bemærkede, da de resterende 90 % af havskorpen, som ikke var inkluderet i denne undersøgelse, også kan have brintproduktion og -forbrug i gang.

"Mens vores analyse estimerer, hvor meget H2 der kan forbruges af den dybe biosfære i nærheden af ​​MOR, det er uklart, om størrelsen af ​​den dybe biosfære er begrænset af tilgængeligheden af ​​H2 eller af andre faktorer, såsom temperatur, næringsstoffer, tryk, pH eller endda rum, ", sagde Worman. "At kombinere denne undersøgelse og fremtidigt arbejde med H2-budgettet med andre vigtige begrænsninger på livet er en lovende vej til at fremme vores forståelse af dets oprindelse og udvikling her på Jorden og for at målrette, hvor vi kan søge efter liv andre steder i universet. "

Worman og Pratson udførte undersøgelsen med Jeffrey A. Karson, Jessie Page Heroy professor i geologi ved Syracuse University, og William H. Schlesinger, James B. Duke professor emeritus i biogeokemi, tidligere dekan for Duke's Nicholas School og emeritus præsident for Cary Institute of Ecosystem Studies,