Глубокие микробы могут «есть» энергию, генерируемую землетрясениями

Скалы, разрушенные землетрясениями, могут разблокировать широкое меню химических источников энергии для микробов, живущих глубоко под землей – и аналогичные процессы могут потенциально поддерживать микробы на других планетах.

«Это открывает совершенно новый набор метаболизма», – говорит Вольф Конхаузер в университете Альберты в Канаде.

Все организмы на Земле используют текущие электроны для питания своей жизни. На поверхности планеты растения используют солнечный свет для производства сахаров на основе углерода, которые питаются животными. Затем электроны текут из углерода, который мы потребляем в молекулы кислорода, которые мы вдыхаем. Химический градиент между этими донорами углеродного электрона и акцепторами кислорода, известных как окислительно -восстановительная пара, производит энергию.

Под поверхностью планеты микробы также полагаются на такие пары для энергии. Но глубокие экосистемы не имеют доступа к энергии солнца в любой форме, что означает, что они не могут использовать те же пары углерода-кислорода, которые мы делаем. «Проблема с глубокой подземной стороной была всегда, где это делают [chemical gradients] Приходите? » говорит Конхаузер.

Известно, что газ водорода – генерируемый под землей между водой и породой – служит основным источником электронов, так же, как углеродные сахарные сахары. Этот водород поступает от разбивания воды на его компоненты, что может возникнуть, когда радиоактивные породы разбивают молекулы воды или богатые железом породы с ними. Меньшая доля водорода генерируется, когда землетрясения сдвигают силикатные камниобнажая реактивные поверхности, способные расщеплять воду.

Однако, чтобы использовать этот водород, микробы требуют, чтобы акцепторы электронов образовали полные окислительно -восстановительные пары; Водород сам по себе не стоит. «Еда может быть на столе, но если у вас нет вилки, вы не будете есть», – говорит Барбара Шервуд Лоллар в университете Торонто в Канаде.

Konhauser, Sherwood Lollar и их коллеги использовали скарные машины, чтобы проверить, как те же реакции, которые генерируют газ водорода в рамках разломов, также могут генерировать полные окислительно-восстановительные пары. Они измельчали кристаллы кварца, имитируя штамм, вырабатываемый в различных типах разломов, затем смешали камень с водой и различными формами железа, которые присутствуют в большинстве пород.

Внутренний кварц реагировал с водой для генерации большого количества водорода как в его стабильной молекулярной конфигурации, так и в более реактивных формах. Исследователи обнаружили, что многие из этих водородных радикалов реагировали с железосодержащими жидкостями, чтобы генерировать множество соединений, которые могут либо пожертвовать, либо принимать электроны, достаточно для образования ассортимента окислительно-восстановительных пар.

«Больше камней становится полезным для энергии», – говорит Конхаузер. «Эти реакции… опосредуют много различных типов химических реакций, что означает, что могут существовать множество различных типов микробов». По его словам, другие вторичные реакции с азотом или серой могут предложить еще большее разнообразие источников энергии.

«Я был удивлен цифрами», – говорит Магдалена Осберн в Северо -Западном университете в Иллинойсе. «Это производит довольно много водорода. А также производит эту дополнительную дочернюю химию».

Исследователи, по оценкам, землетрясения генерируют гораздо меньше водорода, чем другие реакции воды в коре планеты. Тем не менее, их результаты предполагают, что активные разломы могут быть местными горячими точками микробной активности и разнообразия, говорит Шервуд Лоллар.

И полные землетрясения не обязательно требуются. Подобные реакции также могут произойти, когда разрушение камней в сейсмически тихих местах, таких как внутренняя часть континентов или тектонически мертвые планеты, такие как Марс. «Даже в тех гигантских скальных массах у вас есть перераспределение давления и сдвиги», – говорит она.

«Я думаю, что это действительно захватывающе, выдвигая некоторые источники, о которых мы знали, прежде чем немного дальше», – говорит Карен Ллойд в Университете Южной Калифорнии. Диапазон полезных химических веществ, производимых в реальных разломах, вероятно, будет еще более разнообразным. «Это, вероятно, происходит под давлением при разных температурах, по очень большим пространственным масштабам и с более разнообразными минеральными формами», – говорит она.

Энергия от нечастых событий, таких как землетрясения, также может объяснить образ жизни того, что называет Ллойд Эонофилыглубокие подземные микробы, которые, по -видимому, живут в течение очень длительных периодов времени. «Если вы сможете подождать десять тысяч лет, будет землетрясение величины 9, и вы получите этот огромный прилив энергии»,-говорит Ллойд.

По словам Шервуда Лоллар, результаты являются частью общей тенденции за последние два десятилетия, расширяя наш взгляд на то, где и как организмы могут выжить в подполье. Данные, что глубокие скалы континентов могли бы поддерживать жизнь, «массово открыла нашу концепцию того, насколько обитаемой наша планета», говорит она.