Door de eerste schatting te geven van hoeveel waterstof beschikbaar is om het microbiële leven in de zonloze onderzeebodemkorst onder de Mid-Ocean Ridge (MOR) te voeden, een nieuwe door Duke University geleide studie werpt licht op een van de minst begrepen biosferen van de aarde.

Het kan ook helpen te verduidelijken hoe vergelijkbare omstandigheden het leven in andere extreme omgevingen kunnen ondersteunen, van verre planeten tot de vroege aarde zelf.

De meeste microben gebruiken door zonlicht aangedreven fotosynthese om organisch materiaal te creëren. Maar chemosynthetische microbiële gemeenschappen die diep in het vulkanische gesteente van de oceanische korst van de aarde leven, hebben deze energiebron niet en gebruiken waterstof, vrijkomt als vrij gas wanneer water door het ijzerrijke gesteente stroomt, als hun brandstof om koolstofdioxide om te zetten in voedsel.

Wetenschappers weten dat het leven in de afgrond kan gedijen sinds kort na de ontdekking van de eerste diepzee hydrothermale bronnen in 1977. Maar het was pas in 2013 dat microbiologen microbiële gemeenschappen ontdekten die leefden in vulkanische rotsen onder de zeebodem. Die ontdekking leidde tot wijdverbreide wetenschappelijke nieuwsgierigheid, niet alleen vanwege de potentiële omvang van de nieuw ontdekte biosfeer - de oceanische korst is enkele kilometers dik en beslaat 60% van het aardoppervlak - maar ook omdat de extreme, zuurstofarme omstandigheden die daar worden gevonden, zijn vergelijkbaar met die toen het leven voor het eerst op aarde begon, een tijd waarin chemische energie mogelijk de enige beschikbare energiebron was om het metabolisme van microben te voeden.

"Tot nu, echter, we hadden geen goede beperkingen voor de totale omvang van deze microbiële gemeenschappen of hoeveel waterstof ze verbruiken. Deze nieuwe studie biedt een eerste schatting en geeft ons nieuwe inzichten in de omvang van de impact van deze microben op het klimaat en het paleoklimaat van de aarde, " zei Lincoln Pratson, Gendell Family Professor in energie en milieu aan Duke's Nicholas School of the Environment.

"Het geeft ons ook randvoorwaarden voor waar enkele van de vroegste vormen van leven op aarde mee te maken hadden, en waar je op andere planeten naar leven zou kunnen zoeken, " hij zei.

De wetenschappers publiceerden hun peer-reviewed paper in de week van 11 mei in de Proceedings van de National Academy of Sciences .

Om hun studie uit te voeren, ze construeerden een doosmodel dat de totale productie van waterstofgas (H2) uit negen verschillende geologische bronnen beoordeelde binnen een corridor van bijna 30 miljoen vierkante kilometer oceanische korst gecentreerd op de Mid-Ocean Ridge. De gang slingert langs de rand door alle oceanen van de wereld en beslaat ongeveer 10% van de gehele oceanische korst.

Het team schatte ook hoeveel van dit waterstofgas waarschijnlijk in de oceaan terechtkwam via hydrothermale bronnen op de zeebodem, gebaseerd op meer dan 500 metingen van watermonsters verzameld door andere onderzoekers tijdens eerdere expedities langs de Mid-Ocean Ridge.

"Door de hoeveelheid gas die wordt afgevoerd af te trekken, wat ongeveer 20 miljoen ton per jaar was, van de geproduceerde hoeveelheid, wat ongeveer 30 miljoen ton per jaar was, we bleven achter met ongeveer 10 miljoen ton per jaar, dat zijn, vermoedelijk, wordt geconsumeerd door microben in deze korst, " zei hoofdauteur Stacey L. Worman, een voormalige student van Pratson wiens proefschrift in 2015 over waterstofgasreserves onder de Mid-Ocean Ridge de aanzet gaf voor de nieuwe studie.

Deze cijfers suggereren dat microbiële gemeenschappen een belangrijke rol spelen bij het reguleren van de wereldwijde biogeochemie van de aarde, zei Worm, die nu werkt als onderzoeksanalist bij Chevy Chase Trust in Bethesda, md.

"Microben onder de zeebodem en in de donkere oceaan verbruiken aanzienlijke hoeveelheden van dit gereduceerde gas. Zonder dat deze microben dit zeer diffuse gas consumeren, deze geologisch geproduceerde H2 zou mogelijk in de atmosfeer kunnen ontsnappen, " ze zei.

Zo'n input zou een flinke bult - ongeveer 10% - betekenen voor het huidige waterstofbudget van de aarde. Aangezien waterstofgas de vorming van broeikasgassen in de lagere atmosfeer kan versnellen, die een aanzienlijke impact kunnen hebben op de opwarming van de aarde.

Op wereldwijde schaal, de impact kan veel groter zijn, Pratson merkte op, aangezien de resterende 90% van de oceaankorst die niet in deze studie is opgenomen, mogelijk ook waterstofproductie en -consumptie heeft.

"Terwijl onze analyse schat hoeveel H2 zou kunnen worden geconsumeerd door de diepe biosfeer in de buurt van de MOR, het is onduidelijk of de grootte van de diepe biosfeer wordt beperkt door de beschikbaarheid van H2 of door andere factoren, zoals temperatuur, voedingsstoffen, druk, pH of zelfs ruimte, "Zei Worman. "Het combineren van deze studie en toekomstig werk aan het H2-budget met andere belangrijke beperkingen op het leven is een veelbelovende manier om ons begrip van zijn oorsprong en evolutie hier op aarde te vergroten en om te bepalen waar we elders in het universum naar leven kunnen zoeken. "

Worman en Pratson voerden het onderzoek uit met Jeffrey A. Karson, Jessie Page Heroy hoogleraar geologie aan de Universiteit van Syracuse, en William H. Schlesinger, James B. Duke emeritus hoogleraar biogeochemie, voormalig decaan van Duke's Nicholas School en emeritus president van het Cary Institute of Ecosystem Studies,