Förutom att undersöka de stora frågorna om livet i vårt universum (ursprung, evolution, distribution, etc.), är ett av astrobiologernas främsta syften att karakterisera utomjordiska miljöer för att avgöra om liv skulle kunna existera där. Men det finns fortfarande olösta frågor om hur många förhållanden livet kan överleva och frodas under. Att lägga bättre begränsningar på detta kommer att hjälpa astrobiologer att söka efter liv bortom jorden.
För att få en bättre förståelse för hur ekosystem kan existera under havsbotten (så långt från solen) har ett team av forskare lett av University of Rhode Islands Graduate School of Oceanography (GSO) genomförde en studie om mikrober i forntida havsbottensediment . Vad de upptäckte, till sin förvåning, var att dessa livsformer upprätthålls främst av kemikalier som skapats av den naturliga bestrålningen av vattenmolekyler.
Forskningen leddes av Justine Sauvage, en postdoktor vid Göteborgs universitet som genomförde forskningen som en del av sin doktorsexamen vid GSO. Hon fick sällskap av medlemmar från United States Geological Survey (USGS), den Woods Hole Oceanografiska institution , och den Centrum för marin miljövetenskap (MARUM) vid universitetet i Bremen.
Prover av marina sediment som användes i bestrålningsexperimenten. Kredit: Justine Sauvage/URI
Forskargruppens resultat var resultatet av en serie laboratorieexperiment som genomfördes i Rhode Island Nuclear Science Center . Det var här som Sauvage och hennes kollegor bestrålade flaskor med vått sediment som samlades in av amerikanska forskningsfartyg och Integrerat havborrprogram från olika platser i Stilla havet och Atlanten.
Syftet med detta experiment var att mäta hastigheten för radiolys, där exponering för naturligt förekommande strålning gör att vattenmolekyler splittras till väte och oxidanter. I motsats till liv på jorden som drivs av fotosyntesens biprodukter, är dessa molekyler den primära källan till matenergi för mikrober som lever i sediment några meter under havsbotten.
Denna strålningsdrivna miljö, som täcker mycket av det öppna havet, är ett av jordens största ekosystem. Efter att ha jämfört produktionen av väte i dessa sediment med liknande bestrålade flaskor med havsvatten och destillerat vatten, fann teamet att processen förstärks av mineraler i marint sediment som är betydande (så högt som 30 gånger). Som Steven D'Hondt, en URI-professor i oceanografi och en medförfattare till studien, sa i en URI Today pressmeddelande :
'Det marina sedimentet förstärker faktiskt produktionen av dessa användbara kemikalier. Har man lika mycket bestrålning i rent vatten och i vått sediment får man mycket mer väte från vått sediment. Sedimentet gör produktionen av väte mycket effektivare.”
Konstnärens intryck av Perseverance-rovern som letar efter tecken på liv på Mars. Kredit: NASA/JPL-Caltech
Anledningen till detta är oklart, men teamet spekulerar i att mineralerna i sedimentet kan bete sig som en halvledare, vilket gör absorptionen av strålning mer effektiv. Oavsett vilket är konsekvenserna av denna forskning betydande för astrobiologer, särskilt när det gäller sökandet efter utomjordiskt liv i vår egen bakgård. Som Sauvage förklarade :
'Detta arbete ger ett viktigt nytt perspektiv på tillgången på resurser som mikrobiella samhällen under ytan kan använda för att försörja sig själva. Detta är grundläggande för att förstå livet på jorden och för att begränsa beboeligheten hos andra planetkroppar, såsom Mars.
Överväga Uthållighet rover, som landade på Mars redan i februari och alldeles nyligen började köra över Crater Lake . Syftet med detta uppdrag är att samla in prover av Mars-stenar för att karakterisera planetens beboeliga miljöer. Dessutom kommer rovern att hämta prover från den naturliga deltaformationen i kratern (som skapades genom avsättning av sediment över tiden) som kan innehålla bevis på tidigare liv .
Denna forskning kan också informera om sökandet efter liv i exotiska miljöer. I decennier har forskare spekulerat i att den mest sannolika platsen att hitta utomjordiskt liv kan vara inom isiga månar som Europa , Enceladus , och andra satelliter som tros ha varmvattenhav i sina inre. Eftersom de inte utsätts för solen, skulle dessa miljöer kräva andra kemiska energikällor än fotosyntes.
Konstnärsframställning som visar ett inre tvärsnitt av Enceladus skorpa, som visar hur hydrotermisk aktivitet kan orsaka vattenplymer vid månens yta. Kredit: NASA-GSFC/SVS, NASA/JPL-Caltech/Southwest Research Institute
Och så finns det extrasolära planeter, där astrobiologer i allt högre grad litar på att hjälpa till att karakterisera planetariska miljöer och avgöra om de kan vara beboeliga. Sade D'Hondt:
'Om du kan försörja liv i underjordiska marina sediment och andra underjordiska miljöer från naturlig radioaktiv uppdelning av vatten, så kanske du kan försörja liv på samma sätt i andra världar. Vissa av samma mineraler finns på Mars, och så länge du har de våta katalytiska mineralerna kommer du att ha den här processen. Om du kan katalysera produktionen av radiolytiska kemikalier i höga hastigheter i den våta underytan på Mars, kan du potentiellt upprätthålla liv på samma nivåer som det upprätthålls i marint sediment.'
Det finns till och med konsekvenser för kärnkraftsindustrin, inklusive lagring av kärnavfall och hantering av kärnkraftsolyckor. Enligt dessa fynd skulle radioaktivt avfall som lagras i sediment och berg producera väte och oxidanter snabbare än om det förvarades i vanligt vatten. Eftersom dessa är naturliga katalysatorer skulle detta sannolikt leda till att lagringssystemet blir mer korroderat med tiden.
Med utgångspunkt i sin forskning så här långt hoppas teamet kunna utforska effekten av radiolysdriven väteproduktion i andra miljöer. Detta inkluderar oceanisk skorpa, kontinental skorpa på jorden, Mars under ytan och kanske till och med exoplaneter. Utifrån detta hoppas de öka vår förståelse för hur underjordiska ekosystem frodas i mörker!
Vidare läsning: University of Rhode Island , Natur