Microbios del lecho marino sobreviven gracias a subproductos del proceso radiactivo

fondo marino

Las implicaciones de los hallazgos son significativas para encontrar vida en otros planetas

Un equipo de investigadores de la Escuela de Graduados de Oceanografía de la Universidad de Rhode Island (URI) y sus colaboradores han revelado que los abundantes microbios que viven en antiguos sedimentos debajo del lecho marino son sostenidos principalmente por químicos creados por la irradiación natural de moléculas de agua.

El equipo descubrió que la creación de estos productos químicos se amplifica significativamente por los minerales en los sedimentos marinos. En contraste con la visión convencional de que la vida en los sedimentos es alimentada por productos de la fotosíntesis, un ecosistema alimentado por la irradiación del agua comienza a pocos metros por debajo del lecho marino en gran parte del océano abierto.

Este mundo alimentado por radiación es uno de los ecosistemas volumétricamente más grandes de la Tierra.

"Este trabajo proporciona una nueva e importante perspectiva sobre la disponibilidad de recursos que las comunidades microbianas del subsuelo pueden utilizar para mantenerse. Esto es fundamental para comprender la vida en la Tierra y limitar la habitabilidad de otros cuerpos planetarios, como Marte", dijo Justine Sauvage, autora principal del estudio y becaria postdoctoral en la Universidad de Gotemburgo que realizó la investigación como estudiante de doctorado en la URI.

Justine SauvageImagen derecha: Justine Sauvage, autora principal del estudio, mide el contenido de oxígeno disuelto en los núcleos de sedimentos recolectados en el Atlántico norte. Foto cortesía de Justine Sauvage

El proceso que impulsa los hallazgos del equipo de investigación es la radiólisis del agua: la división de las moléculas de agua en hidrógeno y oxidantes como resultado de la exposición a la radiación natural. Steven D'Hondt, profesor de oceanografía de la URI y coautor del estudio, dijo que las moléculas resultantes se convierten en la principal fuente de alimento y energía para los microbios que viven en el sedimento.

"El sedimento marino en realidad amplifica la producción de estos químicos utilizables", dijo. "Si tienes la misma cantidad de irradiación en agua pura y en sedimento húmedo, obtienes mucho más hidrógeno del sedimento húmedo. El sedimento hace que la producción de hidrógeno sea mucho más efectiva".

No está claro por qué el proceso se amplifica en sedimentos húmedos, pero D'Hondt especula que los minerales en el sedimento pueden "comportarse como un semiconductor, haciendo que el proceso sea más eficiente".

Los descubrimientos fueron el resultado de una serie de experimentos de laboratorio realizados en el Centro de Ciencias Nucleares de Rhode Island. Sauvage irradió viales de sedimento húmedo de varios lugares en los océanos Pacífico y Atlántico, recolectados por el Programa Integrado de Perforación Oceánica y por buques de investigación estadounidenses. Ella comparó la producción de hidrógeno con viales de agua de mar y agua destilada irradiados de manera similar. El sedimento amplificó los resultados hasta en un factor de 30.

muestras de sedimentos marinos

Imagen: Muestras de sedimentos marinos utilizadas en los experimentos de irradiación. Foto cortesía de Justine Sauvage

"Este estudio es una combinación única de sofisticados experimentos de laboratorio integrados en un contexto biológico global", dijo el coautor Arthur Spivack, profesor de oceanografía de la URI.

Las implicaciones de los hallazgos son significativas.

"Si puedes sustentar la vida en los sedimentos marinos subterráneos y otros entornos subterráneos a partir de la división radiactiva natural del agua, entonces tal vez puedas mantener la vida de la misma manera en otros mundos", dijo D'Hondt. "Algunos de los mismos minerales están presentes en Marte, y mientras tengas esos minerales catalíticos húmedos, tendrás este proceso. Si puedes catalizar la producción de productos químicos radiolíticos a altas tasas en el subsuelo húmedo de Marte, podrías potencialmente mantener la vida en los mismos niveles que se mantienen en los sedimentos marinos".

Sauvage agregó: "Esto es especialmente relevante para el Rover Perseverance que acaba de aterrizar en Marte, con su misión de recolectar rocas marcianas y caracterizar sus entornos habitables".

D'Hondt dijo que los hallazgos del equipo de investigación también tienen implicaciones para la industria nuclear, incluida la forma en que se almacenan los desechos nucleares y cómo se gestionan los accidentes nucleares. "Si almacenas desechos nucleares en sedimentos o rocas, pueden generar hidrógeno y oxidantes más rápido que en agua pura. Esa catálisis natural puede hacer que esos sistemas de almacenamiento sean más corrosivos de lo que generalmente se cree", dijo.

Los próximos pasos para el equipo de investigación serán explorar el efecto de la producción de hidrógeno a través de la radiólisis en otros entornos de la Tierra y más allá, incluida la corteza oceánica, la corteza continental y el subsuelo de Marte. También buscarán avanzar en la comprensión de cómo viven, interactúan y evolucionan las comunidades microbianas del subsuelo cuando su fuente de energía primaria se deriva de la división radiolítica natural del agua.

La investigación se publicó el mes pasado en la revista Nature Communications: The contribution of water radiolysis to marine sedimentary life

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