Forskere finder brint-understøttet liv under gletsjere

Ved at bruge års data indsamlet fra isdækkede levesteder over hele verden, et hold fra Montana State University har opdaget ny indsigt i de processer, der understøtter mikrobielt liv under iskapper og gletsjere, og den rolle, disse organismer spiller i at fastholde livet gennem istider og, måske, i tilsyneladende ugæstfrie miljøer på andre planeter.

Doktorgradskandidat Eric Dunham fra MSU's Department of Microbiology and Immunology i College of Agriculture, sammen med mentor Eric Boyd, offentliggjort deres resultater i tidsskriftet Proceedings of the National Academy of Sciences denne uge. Værket undersøger, hvordan vand og mikrober interagerer med grundfjeldet under gletsjere, ved hjælp af prøver af sediment taget fra istid i Canada og Island.

"Vi blev ved med at finde organismer i disse systemer, der blev understøttet af brintgas, " sagde Boyd om inspirationen til projektet. "Det gav i første omgang ikke mening, fordi vi ikke kunne finde ud af, hvor den brintgas kom fra under disse gletsjere."

Et team af forskere, inklusive Boyd, opdagede senere, at gennem en række fysiske og kemiske processer, brintgas produceres, når det silica-rige grundfjeld under gletsjere formales til små mineralpartikler af vægten af ​​isen på toppen af ​​det. Når disse mineralpartikler kombineres med gletsjersmeltevand, de afgiver brint.

Hvad der blev endnu mere fascinerende for Boyd og Dunham var, at mikrobielle samfund under gletsjerne kunne kombinere den brintgas med kuldioxid for at generere mere organisk stof, kaldet biomasse, gennem en proces kaldet kemosyntese. Kemosyntese ligner, hvordan planter genererer biomasse fra kuldioxid gennem fotosyntese, selvom kemosyntese ikke kræver sollys.

For at lære mere om, hvad disse kemosyntetiske mikrober lavede, Dunham brugte prøver af sediment fra gletsjerne i Canada og Island. Han dyrkede prøver af de levende organismer fundet i sedimentet i et laboratorium, se dem over flere måneder for at se, om de ville fortsætte med at vokse i det simulerede miljø.

"De organismer, vi var interesserede i, er afhængige af brintgas som mad til at vokse, og de fleste er også anaerobe, hvilket betyder ilt vil dræbe dem, " sagde Dunham, som oprindeligt kommer fra Billings og går ind i sidste semester af sit ph.d.-studie. "Et af de mest kritiske trin i forberedelsen af ​​disse eksperimenter, og nemt det mest stressende element, fik disse prøver på flasker og skyllede al ilten ud så hurtigt som muligt, så jeg dræbte ikke de organismer, jeg prøvede at studere."

Over måneder med forberedelse og observation af de mikrobielle kulturer, Dunham fandt ud af, at det ikke kun var muligt at spore lokalsamfundenes vækst i laboratoriemiljøet, men også at typen af ​​grundfjeld, der lå under en gletsjer, påvirkede, hvor meget brintgas der blev produceret, hvilket igen førte til tilstedeværelsen af ​​mikrobielle samfund, der var bedre tilpasset til at metabolisere brint. Prøver taget fra Kötlujökull-gletsjeren på Island, som sidder på toppen af ​​basaltisk grundfjeld, producerede meget mere brintgas end prøverne fra Robertson Glacier i Alberta, Canada, som har carbonatgrundfjeld under sig.

Da de bruger den brintgas til at generere energi, sagde Boyd, mikroberne trækker også kuldioxid ud af luften for at skabe biomasse, replikere og vokse. Den evne til at "fikse" kulstof er en kritisk klimareguleringsproces, en anden lighed med fotosyntese i planter.

"I betragtning af at gletsjere og iskapper dækker omkring 10% af jordens landmasse i dag, og en meget større del til tider i planetens fortid, mikrobielle aktiviteter, som dem Eric målte, har sandsynligvis haft en stor indflydelse på jordens klima, både i dag og tidligere, " sagde Boyd. "Vi har vidst i et stykke tid, at mikroorganismer, der lever under iskapper eller gletsjere, kan fikse kulstof, men vi har aldrig rigtig forstået hvordan. Hvad Erics banebrydende arbejde viser er, at disse organismer ikke kun er fuldstændig selvbærende i den forstand, at de kan generere deres eget faste kulstof, de har heller ikke brug for sollys for at gøre det som resten af ​​biosfæren, som vi er bekendt med."

Ser vi længere væk på de andre planeter i vores solsystem, Boyd bemærker, at to af de kritiske elementer, videnskabsmænd kigger efter, når de vurderer beboelighed, er vand og en energikilde. Den nyfundne viden om, at selvbærende mikrobielle samfund kan blomstre i iskolde miljøer gennem generering af brintgas, er et kritisk skridt i retning af at identificere potentielt beboelige miljøer på andre planeter.

"Der er masser af beviser for is og gletsjere på andre planeter, sagde han. Er de beboelige? Vi ved det ikke. Kan der være mikrober, der lever under iskapper på planeter med grundfjeld, der ligner dem, Eric studerede? Absolut. Der er ingen grund til at tro andet."

For Dunham, hvis bachelor- og postbaccalaureate-forskning fokuserede på sundhedsvidenskab og virologi, før han skiftede til biogeokemi, den mest givende del af den nye opdagelse er at udforske, hvordan forskellige jordprocesser passer sammen og påvirker hinanden på måder, som det videnskabelige samfund først er begyndt at låse op.