Микроорганизмы в донных отложениях Мирового океана могут питаться радиолитическим водородом

Радиолиз воды во влажных отложениях и горных порода непрерывно производит водород и окисленные химические вещества. Радиолитический H₂ определен как основной донор электронов (источник энергии, то есть «пища» для микроорганизмов) в континентальных водоносных горизонтах ниже поверхности Земли на километры. Однако сложно оценить, насколько велика роль радиолитических продуктов в подземных экосистемах, так как не вполне понятно, каков их выход. Исследователи из Высшей школы океанографии Университета Род-Айленда (США) вместе с коллегами показали, что все распространенные типы морских отложений катализируют производство радиолитического H₂, так что оно вырастает в 27 раз по сравнению с чистой водой.

Открытие стало результатом серии лабораторных экспериментов, проведенных в Центре ядерных исследований Род-Айленда. Донные пробы, собранные в различных участках Тихого и Атлантического океанов, подвергали облучению вместе с пробами, содержащими только воду. Выходы радиолитического водорода под действием α- и γ-облучения определили для дистиллированной воды, морской воды и морских отложений, насыщенных морской водой: абиссальной глины, известкового мергеля, глинистого кремнистого ила, известкового ила и литогенных отложений.

Несмотря на постоянное радиолитическое производство, концентрации растворенного водорода по всей толще осадка на океанском дне в основном ниже предела обнаружения. Это означает, что расход радиолитического H₂ равен его производству, а самым очевидным объяснением является микробное окисление.

В электронных эквивалентах скорость производства радиолитического H₂ в морских отложениях составляет всего 1–2% от потока органических веществ на морское дно. Однако большая часть органического вещества потребляется на дне или на небольших глубинах, тогда как радиолитический H₂ образуется на любой глубине отложений. Сравнение скоростей потребления радиолитического H₂ со скоростью окисления органических веществ позволяет предположить, что радиолиз воды является основным источником биологически доступной энергии для микробных сообществ в морских отложениях, подчеркивают авторы.

Экосистема, подпитываемая радиолизом воды, начинается всего в нескольких метрах от морского дна в большей части открытого океана. Это одна из крупнейших экосистем Земли по объему.

«Данная работа создает новую важную точку зрения на доступность ресурсов, которые могут использовать подповерхностные микробные сообщества. Это имеет фундаментальное значение для понимания жизни на Земле и ограничений обитаемости других небесных тел, таких как Марс», — говорит ведущий автор статьи Жюстин Соваж из Гётеборгского университета (Швеция), которая проводила исследование в Университете Род-Айленда в качестве докторанта.

Хотя современные морские отложения обычно содержат биогенные компоненты, их минеральный состав сходен с составом поверхности ранней Земли и других планет. Некоторые из минералов, характерных для океанских донных отложений, присутствуют и на Марсе. Если в них проникает вода, то ее радиолиз может также снабжать «пищей» некие формы жизни.

Исследовательская группа планирует изучать производство водорода посредством радиолиза в других средах, включая океаническую и континентальную кору Земли и марсианский грунт.