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, созданными естественным радиационным излучением молекул воды.
Команда обнаружила, что образование этих химикатов значительно усиливается минералами в морских отложениях. В отличие от общепринятого мнения, что жизнь в донных отложениях питается продуктами фотосинтеза, экосистема, подпитываемая облученной водой, начинается всего в нескольких метрах от морского дна в большей части открытого океана. Этот залитый радиацией мир — одна из крупнейших экосистем Земли по объему.
«Эта работа дает важный новый взгляд на доступность ресурсов, которые подповерхностные микробные сообщества могут использовать для поддержания себя. Это фундаментально для понимания жизни на Земле и ограничения обитаемости других планет — таких, как Марс», — Жюстин Соваж, научный сотрудник Гетеборгского университета.
Процесс, лежащий в основе выводов исследовательской группы, называется радиолизом воды — это расщепление молекул воды на водород и окислители в результате воздействия естественного излучения. Полученные молекулы становятся основным источником пищи и энергии для микробов, живущих в отложениях.
Морские отложения фактически усиливают производство этих полезных химикатов. Если есть одинаковое количество облучения в чистой воде и во влажных отложениях, получится намного больше водорода во влажных отложениях. Осадки делают производство водорода намного более эффективным.
Почему этот процесс усиливается во влажных отложениях, неясно, но ученые предполагают, что минералы в отложениях могут вести себя как полупроводники, делая процесс более эффективным.
Эти открытия стали результатом серии лабораторных экспериментов, проведенных в Центре ядерных исследований Род-Айленда. Ученые облучали флаконы с влажным осадком из различных мест в Тихом и Атлантическом океанах, собранные в рамках программы Integrated Ocean Drilling Program и исследовательскими суднами США. Затем они сравнили производство водорода с аналогичным образом облученными пробирками с морской водой и дистиллированной водой. Осадок усилил результаты в 30 раз.
«Это исследование представляет собой уникальное сочетание сложных лабораторных экспериментов, интегрированных в глобальный биологический контекст», — Артур Спивак, профессор океанографии URI
Если можно поддерживать жизнь в подземных морских отложениях и других подземных средах за счет естественного радиоактивного расщепления воды, то, возможно, можно поддерживать жизнь таким же образом в других мирах. Некоторые из тех же минералов присутствуют на Марсе, и пока есть эти влажные каталитические минералы, этот процесс будет протекать. Если можно катализировать производство радиолитических химикатов с высокой скоростью во влажных недрах Марса, тогда можно потенциально поддерживать жизнь на том же уровне, что и в морских отложениях.
Результаты исследовательской группы также имеют значение для ядерной отрасли, в том числе для того, как хранить ядерные отходы и как управлять ядерными авариями. Если ядерные отходы хранятся в отложениях или скалах, они могут генерировать водород и окислители быстрее, чем в чистой воде. Этот естественный катализ может сделать эти системы хранения более агрессивными, чем это обычно считается.
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 подземные микробные сообщества живут, взаимодействуют и развиваются, когда их первичный источник энергии получается за счет естественного радиолитического расщепления воды.