Mikrober dybt under havbunden overlever på biprodukter fra radioaktiv proces

Et team af forskere fra University of Rhode Islands Graduate School of Oceanography og deres samarbejdspartnere har afsløret, at de rigelige mikrober, der lever i ældgamle sedimenter under havbunden, primært opretholdes af kemikalier skabt af den naturlige bestråling af vandmolekyler.

Teamet opdagede, at skabelsen af ​​disse kemikalier forstærkes betydeligt af mineraler i havsediment. I modsætning til den konventionelle opfattelse, at liv i sedimenter er drevet af produkter fra fotosyntese, et økosystem drevet af bestråling af vand begynder kun meter under havbunden i store dele af det åbne hav. Denne strålingsdrevne verden er et af Jordens volumetrisk største økosystemer.

Forskningen blev offentliggjort i dag i tidsskriftet Naturkommunikation .

"Dette arbejde giver et vigtigt nyt perspektiv på tilgængeligheden af ​​ressourcer, som mikrobielle samfund under overfladen kan bruge til at opretholde sig selv. Dette er grundlæggende for at forstå livet på Jorden og for at begrænse andre planetariske legems beboelighed, såsom Mars, " sagde Justine Sauvage, undersøgelsens hovedforfatter og en postdoktor ved Göteborgs universitet, der udførte forskningen som doktorand ved URI.

Processen, der driver forskerholdets resultater, er radiolyse af vand - spaltningen af ​​vandmolekyler til brint og oxidanter som et resultat af at blive udsat for naturligt forekommende stråling. Steven D'Hondt, URI-professor i oceanografi og medforfatter af undersøgelsen, sagde, at de resulterende molekyler blev den primære fødekilde og energi for mikroberne, der lever i sedimentet.

"Det marine sediment forstærker faktisk produktionen af ​​disse brugbare kemikalier, " sagde han. "Hvis du har den samme mængde bestråling i rent vand og i vådt sediment, du får meget mere brint fra vådt sediment. Sedimentet gør produktionen af ​​brint meget mere effektiv. "

Hvorfor processen forstærkes i vådt sediment er uklart, men D'Hondt spekulerer i, at mineraler i sedimentet kan "opføre sig som en halvleder, gøre processen mere effektiv. "

Opdagelserne er resultatet af en række laboratorieforsøg udført i Rhode Island Nuclear Science Center. Sauvage bestrålede hætteglas med vådt sediment fra forskellige steder i Stillehavet og Atlanterhavet, indsamlet af Integrated Ocean Drilling Program og af amerikanske forskningsfartøjer. Hun sammenlignede produktionen af ​​brint med tilsvarende bestrålede hætteglas med havvand og destilleret vand. Sedimentet forstærkede resultaterne med så meget som en faktor på 30.

"Denne undersøgelse er en unik kombination af sofistikerede laboratorieforsøg integreret i en global biologisk kontekst, "sagde medforfatter Arthur Spivack, URI professor i oceanografi.

Konsekvenserne af resultaterne er betydelige.

"Hvis du kan understøtte liv i havbundne sedimenter og andre underjordiske miljøer fra naturlig radioaktiv spaltning af vand, så kan du måske støtte livet på samme måde i andre verdener, " sagde D'Hondt. "Nogle af de samme mineraler er til stede på Mars, og så længe du har de våde katalytiske mineraler, du vil have denne proces. Hvis du kan katalysere produktionen af ​​radiolytiske kemikalier med høje hastigheder i den våde Mars-undergrund, du kan muligvis opretholde livet på de samme niveauer, som det opretholdes i marint sediment. "

Sauvage tilføjede, "Dette er især relevant, da Perseverance Rover lige er landet på Mars, med sin mission at indsamle Mars-klipper og at karakterisere dens beboelige miljøer."

D'Hondt sagde, at forskergruppens resultater også har konsekvenser for atomindustrien, herunder for, hvordan atomaffald opbevares, og hvordan atomulykker håndteres. "Hvis du opbevarer atomaffald i sediment eller sten, det kan generere hydrogen og oxidanter hurtigere end i rent vand. At naturlig katalyse kan gøre disse lagersystemer mere ætsende, end man normalt ved, " han sagde.

De næste trin for forskergruppen vil være at undersøge effekten af ​​brintproduktion gennem radiolysis i andre miljøer på Jorden og videre, inklusive oceanisk skorpe, kontinental skorpe og undergrunden Mars. De vil også søge at fremme forståelsen af, hvordan mikrobielle samfund under overfladen lever, interagerer og udvikler sig, når deres primære energikilde stammer fra den naturlige radiolytiske spaltning af vand.