Ett team av forskare från University of Rhode Islands Graduate School of Oceanography och deras medarbetare har avslöjat att de rikliga mikroberna som lever i forntida sediment under havsbotten upprätthålls främst av kemikalier som skapas av den naturliga bestrålningen av vattenmolekyler.

Teamet upptäckte att skapandet av dessa kemikalier förstärks avsevärt av mineraler i marint sediment. I motsats till den konventionella uppfattningen att liv i sediment drivs av produkter från fotosyntes, ett ekosystem som drivs av bestrålning av vatten börjar bara meter under havsbotten i stora delar av det öppna havet. Denna strålningsdrivna värld är ett av jordens volymetriskt största ekosystem.

Forskningen publicerades idag i tidskriften Naturkommunikation .

"Detta arbete ger ett viktigt nytt perspektiv på tillgången på resurser som mikrobiella samhällen under ytan kan använda för att upprätthålla sig själva. Detta är grundläggande för att förstå livet på jorden och för att begränsa beboeligheten för andra planetariska kroppar, som Mars, sa Justine Sauvage, studiens huvudförfattare och en postdoktor vid Göteborgs universitet som bedrivit forskningen som doktorand vid URI.

Processen som driver forskargruppens upptäckter är radiolys av vatten - uppdelningen av vattenmolekyler till väte och oxidanter som ett resultat av att de utsätts för naturligt förekommande strålning. Steven D'Hondt, URI professor i oceanografi och en medförfattare till studien, sade att de resulterande molekylerna blir den primära källan till mat och energi för mikroberna som lever i sedimentet.

"Det marina sedimentet förstärker faktiskt produktionen av dessa användbara kemikalier, " sa han. "Om du har samma mängd bestrålning i rent vatten och i vått sediment, du får mycket mer väte från vått sediment. Sedimentet gör produktionen av väte mycket effektivare."

Varför processen förstärks i vått sediment är oklart, men D'Hondt spekulerar i att mineraler i sedimentet kan "beta sig som en halvledare, gör processen mer effektiv."

Upptäckten är resultatet av en serie laboratorieexperiment utförda i Rhode Island Nuclear Science Center. Sauvage bestrålade flaskor med vått sediment från olika platser i Stilla havet och Atlanten, samlas in av Integrated Ocean Drilling Program och av amerikanska forskningsfartyg. Hon jämförde produktionen av väte med liknande bestrålade flaskor med havsvatten och destillerat vatten. Sedimentet förstärkte resultaten med så mycket som en faktor 30.

"Denna studie är en unik kombination av sofistikerade laboratorieexperiment integrerade i ett globalt biologiskt sammanhang, " sa medförfattaren Arthur Spivack, URI professor i oceanografi.

Implikationerna av fynden är betydande.

"Om du kan stödja liv i underjordiska marina sediment och andra underjordiska miljöer från naturlig radioaktiv uppdelning av vatten, då kanske du kan stödja livet på samma sätt i andra världar, ", sa D'Hondt. "Några av samma mineraler finns på Mars, och så länge du har de där blöta katalytiska mineralerna, du kommer att ha den här processen. Om du kan katalysera produktionen av radiolytiska kemikalier i höga hastigheter i den våta underytan på Mars, du kan potentiellt upprätthålla liv på samma nivåer som det upprätthålls i marina sediment."

Sauvage lade till, "Detta är särskilt relevant med tanke på att Perseverance Rover just har landat på Mars, med sitt uppdrag att samla stenar från mars och att karakterisera dess beboeliga miljöer."

D'Hondt sa att forskargruppens resultat också har konsekvenser för kärnkraftsindustrin, bland annat för hur kärnavfall lagras och hur kärnkraftsolyckor hanteras. "Om du lagrar kärnavfall i sediment eller berg, det kan generera väte och oxidanter snabbare än i rent vatten. Den naturliga katalysen kan göra dessa lagringssystem mer frätande än vad som är allmänt insett, " han sa.

Nästa steg för forskargruppen kommer att vara att utforska effekten av väteproduktion genom radiolys i andra miljöer på jorden och bortom, inklusive oceanisk skorpa, kontinental skorpa och Mars under ytan. De kommer också att försöka främja förståelsen av hur mikrobiella samhällen under ytan lever, interagerar och utvecklas när deras primära energikälla härrör från den naturliga radiolytiska klyvningen av vatten.