Ny undersøgelse afslører lavere energigrænse for liv på Jorden

Et internationalt team af forskere ledet af Queen Mary University of London har opdaget, at mikroorganismer, der er begravet i sediment under havbunden, kan overleve på mindre energi, end det tidligere var kendt for at understøtte liv. Undersøgelsen har betydning for forståelsen af ​​grænsen for liv på Jorden og potentialet for liv andre steder.

Studiet, offentliggjort i tidsskriftet Videnskab fremskridt , bruger data fra underhavbunden til at konstruere innovative modeller, der deler havene i hundredtusindvis af individuelle gitterceller. Et globalt billede af biosfæren under havbunden blev derefter samlet, herunder vigtige livsformer og biogeokemiske processer.

Ved at kombinere data om fordelingen og mængderne af kulstof og mikrobielt liv indeholdt i Jordens dybe biosfære med hastigheden af ​​biologiske og kemiske reaktioner, forskerne var i stand til at bestemme 'strøm'-forbruget af individuelle mikrobielle celler – med andre ord – den hastighed, hvormed de udnytter energi. Alt liv på Jorden bruger konstant energi for at forblive aktivt, opretholde stofskiftet, og udføre væsentlige funktioner såsom vækst, og reparation og udskiftning af biomolekyler.

Resultaterne viser, at mikrober under havbunden overlever ved at bruge langt mindre energi, end det nogensinde har vist sig at understøtte enhver form for liv på Jorden. Ved at strække livets beboelige grænser til at omfatte miljøer med lavere energi, resultaterne kunne informere fremtidige undersøgelser om, hvor hvornår og hvordan liv opstod på en fjendtlig tidlig jord, og hvor liv kan være placeret andre steder i solsystemet.

Dr. James Bradley, Lektor i miljøvidenskab ved Queen Mary sagde:"Når vi tænker på livets natur på Jorden, vi har en tendens til at tænke på planterne, dyr, mikroskopiske alger, og bakterier, der trives på Jordens overflade og i dens oceaner - konstant aktive, vokser og formerer sig. Alligevel viser vi her, at en hel biosfære af mikroorganismer - lige så mange celler, som er indeholdt i alle Jordens jord eller oceaner, har knap nok energi til at overleve. Mange af dem eksisterer simpelthen i en for det meste inaktiv tilstand – ikke i vækst, ikke deler, og udvikler sig ikke. Disse mikrober bruger mindre energi, end vi tidligere troede var muligt for at understøtte livet på Jorden.

"Det gennemsnitlige menneske bruger omkring 100 watt strøm - hvilket betyder, at de forbrænder cirka 100 joule energi hvert sekund. Dette svarer nogenlunde til effekten af ​​en loftsventilator, en symaskine, eller to standard pærer. Vi beregner, at den gennemsnitlige mikrobe fanget i dybe havsedimenter overlever på halvtreds milliarder milliarder gange mindre energi end et menneske."

Jan Amend, Direktør for Center for Dark Energy Biosphere Investigations (C-DEBI) ved University of Southern California, og medforfatter til undersøgelsen, sagde "Tidligere undersøgelser af livet i undervandsbunden - og der har været mange gode - fokuserede overvejende på, hvem der er der, og hvor meget af det er der. Nu graver vi dybere ned i økologiske spørgsmål:hvad laver den, og hvor hurtigt gør den det? At forstå livets magtgrænser etablerer en vigtig baseline for mikrobielt liv på Jorden og andre steder."

Resultaterne rejser grundlæggende spørgsmål om vores definitioner af, hvad der udgør livet, såvel som grænserne for livet på Jorden, og andre steder. Med så lidt energi til rådighed, det er usandsynligt, at organismer er i stand til at formere sig eller dele sig, men brug i stedet denne minimale mængde energi til 'vedligeholdelse' - udskiftning eller reparation af deres beskadigede dele. Det er sandsynligt, derfor, at mange af de mikrober, der findes på store dybder under havbunden, er rester fra befolkninger, der beboede lavvandede kystnære omgivelser for tusinder til millioner af år siden. I modsætning til organismer på jordens overflade, som opererer på korte (daglige og sæsonbestemte) tidsskalaer ifølge Solen, det er sandsynligt, at disse dybt begravede mikrober eksisterer på meget længere tidsskalaer, såsom bevægelse af tektoniske plader, og ændringer i havets iltniveauer og cirkulation.

Forskningen belyser også, hvordan mikroberne interagerer med kemiske processer, der foregår dybt under havbunden. Mens ilt giver den højeste mængde energi til mikrober, det er en overvældende mangelvare - til stede i mindre end 3 procent af sedimenterne.

Anoxiske sedimenter, imidlertid, er langt mere udbredt, indeholder ofte mikroorganismer, der får energi ved at generere metan - en potent drivhusgas. På trods af at være praktisk talt inaktiv, de mikrobielle celler indeholdt i Jordens marine sedimenter er så talrige, og overleve over så ekstraordinært lange tidsskalaer, at de fungerer som en vigtig drivkraft for jordens kulstof- og næringsstofkredsløb – endda påvirker koncentrationen af ​​CO2 i jordens atmosfære over tusinder til millioner af år.

"Resultaterne af forskningen sætter ikke kun spørgsmålstegn ved naturen og grænserne for livet på Jorden, men andre steder i universet, " tilføjede Dr. Bradley. "Hvis liv eksisterer på Mars eller Europa for eksempel, det ville højst sandsynligt søge tilflugt i undergrunden af ​​disse energi-begrænsede planetariske legemer. Hvis mikrober kun har brug for et par zeptowatts kraft for at overleve, der kunne være rester af eksisterende liv, længe i dvale, men stadig teknisk 'levende', under deres iskolde overflade."