Группа исследователей из Высшей школы океанографии Университета Род-Айленда и их сотрудники обнаружили, что многочисленные микробы, живущие в древних отложениях под морским дном, поддерживаются в основном химическими веществами, образующимися в результате естественного облучения молекул воды.
Команда обнаружила, что образование этих химических веществ значительно усиливается минералами в морских отложениях. В отличие от общепринятого мнения о том, что жизнь в отложениях подпитывается продуктами фотосинтеза, экосистема, подпитываемая облучением воды, начинается всего в нескольких метрах ниже морского дна на большей части открытого океана. Этот подпитываемый радиацией мир является одной из крупнейших по объему экосистем Земли.
Исследование было опубликовано сегодня в журнале Nature Communications.
Эта работа дает важный новый взгляд на доступность ресурсов, которые подземные микробные сообщества могут использовать для поддержания себя. Это имеет основополагающее значение для понимания жизни на Земле и ограничения обитаемости других планетарных тел, таких как Марс, - сказала Жюстин Соваж, ведущий автор исследования и научный сотрудник Гётеборгского университета, проводившая исследование в качестве докторанта URI.
Радиолиз воды - процесс, лежащий в основе результатов исследовательской группы, - расщепление молекул воды на водород и окислители в результате воздействия естественного излучения. Стивен Д'Ондт, профессор океанографии URI и соавтор исследования, сказал, что полученные молекулы становятся основным источником пищи и энергии для микробов, живущих в отложениях.
«Морские отложения фактически усиливают производство этих пригодных для использования химических веществ», - сказал он. «Если у вас одинаковое количество облучения в чистой воде и во влажных отложениях, вы получите гораздо больше водорода из влажных отложений. Осадок делает производство водорода намного более эффективным».
Почему процесс усиливается во влажных отложениях, неясно, но Д'Ондт предполагает, что минералы в отложениях могут «вести себя как полупроводники, делая процесс более эффективным».
Открытия стали результатом серии лабораторных экспериментов, проведенных в Центре ядерных наук Род-Айленда. Облученные флаконы Sauvage с влажными отложениями из разных мест Тихого и Атлантического океанов, собранные Интегрированной программой океанского бурения и исследовательскими судами США. Она сравнила производство водорода с аналогичным образом облученными сосудами с морской и дистиллированной водой. Осадок усилил результаты в целых 30 раз.
«Это исследование представляет собой уникальное сочетание сложных лабораторных экспериментов, интегрированных в глобальный биологический контекст», - сказал соавтор Артур Спивак, профессор океанографии URI.
Значения выводов значительны.
«Если вы можете поддерживать жизнь в подповерхностных морских отложениях и других подземных средах за счет естественного радиоактивного расщепления воды, то, возможно, вы сможете поддерживать жизнь таким же образом и в других мирах», - сказал Д’Ондт. «Некоторые из тех же минералов присутствуют на Марсе, и пока у вас есть эти влажные каталитические минералы, у вас будет этот процесс. Если вы сможете катализировать производство радиолитических химикатов с высокой скоростью во влажных марсианских недрах, вы потенциально поддерживать жизнь на том же уровне, что и в морских отложениях».
Соваж добавил: «Это особенно актуально, учитывая, что марсоход Perseverance только что приземлился на Марсе с его миссией по сбору марсианских камней и характеристике обитаемой среды».
Д'Ондт сказал, что выводы исследовательской группы также имеют значение для атомной отрасли, в том числе для того, как хранятся ядерные отходы и как справляются с ядерными авариями. «Если вы храните ядерные отходы в отложениях или горных породах, они могут генерировать водород и окислители быстрее, чем в чистой воде. Этот естественный катализ может сделать эти системы хранения более агрессивными, чем обычно думают», - сказал он..
Следующими шагами исследовательской группы будет изучение влияния производства водорода посредством радиолиза в других средах на Земле и за ее пределами, включая океаническую кору, континентальную кору и недра Марса. Они также будут стремиться углубить понимание того, как живут, взаимодействуют и развиваются подповерхностные микробные сообщества, когда их основным источником энергии является естественное радиолитическое расщепление воды.