海底深处的微生物依靠放射性过程的副产品生存

罗德岛大学海洋学研究生院的一个研究小组及其合作者发现，生活在海底以下古沉积物中的大量微生物主要是由水分子自然辐射产生的化学物质维持的。

研究小组发现这些化学物质被海洋沉积物中的矿物质大大放大。传统观点认为沉积物中的生命是由光合作用产生的，而与此相反的是，一个由水的辐射产生的生态系统开始于远洋海底以下几米处。这个以辐射为燃料的世界是地球上体积最大的生态系统之一。

这项研究今天发表在《自然通讯》（Nature Communications）杂志上。“这项研究为地下微生物群落可用于维持自身生存的资源可用性提供了一个重要的新视角。这对于理解地球上的生命以及限制火星等其他行星体的宜居性至关重要，这项研究的主要作者是哥德堡大学的博士后，他在乌里大学读博士时进行了这项研究。

推动研究小组研究结果的过程是水的辐解——水分子由于受到自然产生的辐射而分解成氢和氧化剂。这项研究的合著者、URI海洋学教授Steven D'Hondt说，由此产生的分子成为生活在沉积物中的微生物食物和能量的主要来源如果你在纯水和湿沉淀物中有相同的辐照量，你会从湿沉淀物中得到更多的氢。沉积物使氢气的生产更加有效。”

为什么这个过程在湿沉积物中被放大尚不清楚，但D'Hondt推测沉积物中的矿物质可能“表现得像半导体，这项发现是由罗德岛核科学中心进行的一系列实验室实验得出的。Sauvage辐照过太平洋和大西洋不同地点的湿沉积物小瓶，由综合海洋钻探计划和美国研究船收集。她将氢气的产生与同样辐照过的海水和蒸馏水进行了比较。沉积物将结果放大了30倍之多。

“这项研究是一项独特的综合了复杂实验室实验的全球生物学背景，”合著者阿瑟·斯皮瓦克说，乌里海洋学教授。

这一发现的意义是重大的。

“如果你能通过水的自然放射性分裂在地下海洋沉积物和其他地下环境中维持生命，那么也许你能在其他世界以同样的方式维持生命，”D'Hondt说火星上也有一些相同的矿物，只要你有这些湿催化矿物，你就会有这个过程。如果你能在潮湿的火星地下高速催化放射性化学物质的产生，你就有可能维持与海洋沉积物中相同水平的生命。”

索瓦吉补充说，“鉴于“坚忍不拔”号火星车刚刚登陆火星，其任务是收集火星岩石和D'Hondt说，研究小组的发现对核工业也有影响，包括如何储存核废料以及如何处理核事故如果你把核废料储存在沉淀物或岩石中，它产生氢气和氧化剂的速度可能比纯水快。他说：“天然催化作用可能会使这些储存系统比人们普遍认识到的更具腐蚀性。研究小组的下一步将是探索地球内外其他环境（包括海洋地壳、大陆地壳和火星地下）中通过辐解作用产氢的效果。他们还将寻求提高对地下微生物群落如何生活、相互作用和进化的理解，当它们的主要能源来自水的自然辐射分解时

Journal Reference:

Justine F. Sauvage, Ashton Flinders, Arthur J. Spivack, Robert pockalny, Ann G. Dunlea, Chloe H. Anderson, David C. Smith, Richard W. Murray, Steven D’Hondt. The contribution of water radiolysis to marine sedimentary life. Nature Communications, 2021; 12 (1) DOI: 10.1038/s41467-021-21218-z

University of Rhode Island. "Microbes deep beneath seafloor survive on byproducts of radioactive process." ScienceDaily. ScienceDaily, 26 February 2021. <www.sciencedaily.com/releases/2021/02/210226103802.htm>.

University of Rhode Island. (2021, February 26). Microbes deep beneath seafloor survive on byproducts of radioactive process. ScienceDaily. Retrieved February 27, 2021 from www.sciencedaily.com/releases/2021/02/210226103802.htm

University of Rhode Island. "Microbes deep beneath seafloor survive on byproducts of radioactive process." ScienceDaily. www.sciencedaily.com/releases/2021/02/210226103802.htm (accessed February 27, 2021).