Een team van onderzoekers van de Graduate School of Oceanography van de University of Rhode Island en hun medewerkers hebben onthuld dat de overvloedige microben die in oud sediment onder de zeebodem leven, voornamelijk worden onderhouden door chemicaliën die worden gecreëerd door de natuurlijke bestraling van watermoleculen.

Het team ontdekte dat de aanmaak van deze chemicaliën aanzienlijk wordt versterkt door mineralen in zeesediment. In tegenstelling tot de conventionele opvatting dat het leven in sediment wordt gevoed door producten van fotosynthese, een ecosysteem dat wordt gevoed door bestraling van water begint slechts enkele meters onder de zeebodem in een groot deel van de open oceaan. Deze door straling gevoede wereld is een van de volumetrisch grootste ecosystemen van de aarde.

Het onderzoek is vandaag gepubliceerd in het tijdschrift Natuurcommunicatie .

"Dit werk biedt een belangrijk nieuw perspectief op de beschikbaarheid van hulpbronnen die ondergrondse microbiële gemeenschappen kunnen gebruiken om zichzelf in stand te houden. Dit is van fundamenteel belang om het leven op aarde te begrijpen en om de bewoonbaarheid van andere planetaire lichamen te beperken, zoals Mars, " zei Justine Sauvage, de hoofdauteur van de studie en een postdoctoraal onderzoeker aan de Universiteit van Göteborg, die het onderzoek uitvoerde als doctoraatsstudent bij URI.

Het proces dat aan de basis ligt van de bevindingen van het onderzoeksteam is radiolyse van water - de splitsing van watermoleculen in waterstof en oxidanten als gevolg van blootstelling aan natuurlijk voorkomende straling. Steven D'Hondt, URI hoogleraar oceanografie en een co-auteur van de studie, zei dat de resulterende moleculen de primaire bron van voedsel en energie worden voor de microben die in het sediment leven.

"Het mariene sediment versterkt in feite de productie van deze bruikbare chemicaliën, " zei hij. "Als je dezelfde hoeveelheid bestraling hebt in zuiver water en in nat sediment, uit nat sediment haal je veel meer waterstof. Het sediment maakt de productie van waterstof veel effectiever."

Waarom het proces wordt versterkt in nat sediment is onduidelijk, maar D'Hondt speculeert dat mineralen in het sediment "zich kunnen gedragen als een halfgeleider, om het proces efficiënter te maken."

De ontdekkingen waren het resultaat van een reeks laboratoriumexperimenten uitgevoerd in het Rhode Island Nuclear Science Center. Sauvage bestraalde flesjes nat sediment van verschillende locaties in de Stille en Atlantische Oceaan, verzameld door het Integrated Ocean Drilling Program en door Amerikaanse onderzoeksschepen. Ze vergeleek de productie van waterstof met vergelijkbare bestraalde flesjes zeewater en gedestilleerd water. Het sediment versterkte de resultaten met maar liefst een factor 30.

"Deze studie is een unieke combinatie van geavanceerde laboratoriumexperimenten geïntegreerd in een wereldwijde biologische context, " zei co-auteur Arthur Spivack, URI hoogleraar oceanografie.

De implicaties van de bevindingen zijn aanzienlijk.

"Als je het leven in ondergrondse mariene sedimenten en andere ondergrondse omgevingen kunt ondersteunen door natuurlijke radioactieve splitsing van water, dan kun je misschien het leven in andere werelden op dezelfde manier ondersteunen, " zei D'Hondt. "Sommige van dezelfde mineralen zijn aanwezig op Mars, en zolang je die natte katalytische mineralen hebt, je gaat dit proces hebben. Als je de productie van radiolytische chemicaliën met hoge snelheden in de natte ondergrond van Mars kunt katalyseren, je zou mogelijk het leven in stand kunnen houden op hetzelfde niveau als in zeesediment."

Sauvage heeft toegevoegd, "Dit is vooral relevant gezien het feit dat de Perseverance Rover net op Mars is geland, met zijn missie om Martiaanse rotsen te verzamelen en zijn bewoonbare omgevingen te karakteriseren."

D'Hondt zei dat de bevindingen van het onderzoeksteam ook gevolgen hebben voor de nucleaire industrie. met inbegrip van hoe kernafval wordt opgeslagen en hoe kernongevallen worden beheerd. "Als je nucleair afval opslaat in sediment of gesteente, het kan sneller waterstof en oxidatiemiddelen genereren dan in zuiver water. Dat natuurlijke katalyse die opslagsystemen corrosiever kan maken dan algemeen wordt aangenomen, " hij zei.

De volgende stappen voor het onderzoeksteam zullen zijn om het effect van waterstofproductie door radiolyse in andere omgevingen op aarde en daarbuiten te onderzoeken, inclusief oceanische korst, continentale korst en de ondergrond van Mars. Ze zullen ook proberen het begrip te vergroten van hoe ondergrondse microbiële gemeenschappen leven, interageren en evolueren wanneer hun primaire energiebron is afgeleid van de natuurlijke radiolytische splitsing van water.