研究表明,海底微生物群落在放射性过程的产物上存活

2022-02-23 / 作者:猫咪资讯 / 来源:网络整理 / 阅读:841 /
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放射性核素普遍存在于沉积物和岩石中,它们的衰变通过水的放射性分解产生氢和氧化化学物质;这些放射性分解产物为超过几百万年的海洋沉积物中的微生物活动提供了主要燃料;根据一项新的研究,它们对于维持其他行星的海底沉积物和地下环境中的生命也很重要。海洋沉积物中放射性分解氢和放射性分解氧化剂......

放射性核素普遍存在于沉积物和岩石中,它们的衰变通过水的放射性分解产生氢和氧化化学物质;这些放射性分解产物为超过几百万年的海洋沉积物中的微生物活动提供了主要燃料;根据一项新的研究,它们对于维持其他行星的海底沉积物和地下环境中的生命也很重要。

Global distribution of production rates of radiolytic hydrogen and radiolytic oxidants in marine sediment;  rates are expressed in mol electron equivalents/cm2/year; in electron equivalents, water radiolysis produces hydrogen and oxidized chemicals at equal rates; although abyssal clay has a volumetric radiolytic production rate an order of magnitude higher than the volumetric rate for continental-margin sediment types, the sediment layer that blankets open-ocean regions is much thinner and consequently has much lower vertically integrated radiolytic production than the sediment of continental margins. Image credit: Sauvage et al., doi: 10.1038/s41467-021-21218-z.

海洋沉积物中放射性分解氢和放射性分解氧化剂生产率的全球分布;速率以摩尔电子当量/cm2/年表示;在电子当量中,水的辐解以相同的速率产生氢和氧化的化学物质;尽管深海粘土的放射性分解体积产率比大陆边缘沉积物类型的体积产率高一个数量级,但覆盖在公海区域的沉积层要薄得多,因此其垂直整合的放射性分解产率比大陆边缘沉积物低得多。影像学分:绍瓦奇等,doi:10.1038/s 1467-021-21218-z。

哥德堡大学海洋科学系博士后研究员贾丝汀·绍瓦奇博士说:“这项工作为地下微生物群落可以用来维持自身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约束其他行星体(如火星)的可居住性至关重要。”

与沉积物中的生命是由光合作用的产物驱动的传统观点相反,在大部分开阔的海洋中,由海水辐解驱动的生态系统开始于海底以下几米处。

罗德岛大学海洋研究生院的研究员史蒂文·德·洪特教授说:“由此产生的分子成为生活在沉积物中的微生物的主要食物和能量来源。

“海洋沉积物实际上放大了这些有用化学物质的产量。如果你在纯水和湿的食物中有相同量的辐射,你会从湿的沉积物中获得更多的氢。沉淀物使得氢气的生产更加有效。”

“为什么这一过程在湿沉积物中被放大还不清楚,但沉积物中的矿物质可能表现得像半导体,使这一过程更加有效。”

“这项研究是复杂的实验室实验与全球生物背景相结合的独特组合,”同样来自罗德岛大学海洋研究生院的阿瑟·斯皮瓦茨克教授说。

在一系列实验室实验中,研究人员辐照了太平洋和大西洋不同位置的湿沉积物小瓶,这些样品由综合海洋钻探计划和美国研究船收集。

他们将氢气的产生与经过类似辐照的海水和蒸馏水小瓶进行了比较。沉积物将结果放大了30倍。

他们解释说:“我们通过实验量化了纯水、海水和海水饱和的海洋沉积物的α-和γ-辐射产氢量,对于所有丰富的海洋沉积物类型(深海粘土、含纳米粘土(钙质泥灰岩)、含粘土的硅质软泥、钙质软泥和石生沉积物),这些沉积物具有典型的深海粘土孔隙度(80–85%),它们共同覆盖了地球表面的约70%。”

“我们的结果表明,对于纯水、海水和海洋沉积物泥浆,氢气产量随着吸收的α射线和γ射线剂量线性增加。”

“这些发现的意义重大。如果你可以通过水的自然放射性分裂来支持地下海洋沉积物和其他地下环境中的生命,那么也许你可以在其他世界中以同样的方式支持生命,”D'Hondt教授说。

研究结果对核工业也有影响,包括如何储存核废料以及如何管理核事故。

D'Hondt教授说:“如果你将核废料储存在沉积物或岩石中,它可能比在纯水中更快地产生氢气和氧化剂。

"这种自然的催化作用可能会使那些储存系统比人们通常意识到的更具腐蚀性."

该发现发表在《自然通讯》杂志上。

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绍瓦奇等人,2021年。水辐解对海洋沉积生物的贡献。国家通信12,1297;doi:10.1038/s 14467-021-21218-z


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