Fornendo la prima stima di quanto idrogeno è disponibile per alimentare la vita microbica nella crosta sottomarina senza sole sotto la dorsale oceanica (MOR), un nuovo studio condotto dalla Duke University fa luce su una delle biosfere meno conosciute della Terra.

Può anche aiutare a chiarire come condizioni simili potrebbero supportare la vita in altri ambienti estremi, da pianeti lontani alla stessa Terra primitiva.

La maggior parte dei microbi usa la fotosintesi alimentata dalla luce solare per creare materia organica. Ma le comunità microbiche chemiosintetiche che vivono nelle profondità della roccia vulcanica della crosta oceanica terrestre mancano di questa fonte di energia e usano l'idrogeno, rilasciato come gas libero quando l'acqua scorre attraverso la roccia ricca di ferro, come combustibile per convertire l'anidride carbonica in cibo.

Gli scienziati sanno che la vita può prosperare negli abissi da poco dopo la scoperta delle prime bocche idrotermali di acque profonde nel 1977. Ma è stato solo nel 2013 che i microbiologi hanno scoperto comunità microbiche che vivono all'interno delle rocce vulcaniche sotto il fondo del mare. Quella scoperta suscitò una diffusa curiosità scientifica, non solo a causa delle dimensioni potenziali della nuova biosfera - la crosta oceanica è spessa diversi chilometri e copre il 60% della superficie terrestre - ma anche perché l'estremo, condizioni povere di ossigeno trovate sono simili a quelle in cui la vita iniziò per la prima volta sulla Terra, un tempo in cui l'energia chimica poteva essere l'unica fonte di energia disponibile per alimentare il metabolismo dei microbi.

"Fino ad ora, però, non avevamo buoni vincoli sulla dimensione complessiva di queste comunità microbiche o sulla quantità di idrogeno che consumano. Questo nuovo studio fornisce una prima stima e ci fornisce nuove informazioni sulla portata dell'impatto di questi microbi sul clima e sul paleoclima della Terra, "ha detto Lincoln Pratson, Gendell Family Professor di Energia e Ambiente presso la Nicholas School of the Environment di Duke.

"Ci fornisce anche condizioni limite per ciò con cui hanno dovuto affrontare alcune delle prime forme di vita sulla Terra, e dove potresti cercare la vita su altri pianeti, " Egli ha detto.

Gli scienziati hanno pubblicato il loro articolo sottoposto a revisione paritaria la settimana dell'11 maggio nel Atti dell'Accademia Nazionale delle Scienze .

Per condurre il loro studio, hanno costruito un modello a scatola che ha valutato la produzione totale di gas idrogeno (H2) da nove diverse fonti geologiche all'interno di un corridoio di quasi 30 milioni di chilometri quadrati di crosta oceanica centrato sulla dorsale oceanica. Il corridoio serpeggia lungo la dorsale attraverso tutti gli oceani del mondo e copre circa il 10% dell'intera crosta oceanica.

Il team ha anche stimato quanto di questo gas idrogeno sia stato probabilmente rilasciato nell'oceano attraverso le bocche idrotermali del fondale marino, sulla base di oltre 500 misurazioni di campioni d'acqua raccolti da altri ricercatori in precedenti spedizioni lungo la dorsale medio-oceanica.

"Sottraendo la quantità di gas in uscita, che era di circa 20 milioni di tonnellate all'anno, dalla quantità prodotta, che era di circa 30 milioni di tonnellate all'anno, siamo rimasti con circa 10 milioni di tonnellate all'anno che sono, presumibilmente, essere consumato dai microbi all'interno di questa striscia di crosta, " ha detto l'autore principale Stacey L. Worman, un ex studente di Pratson la cui tesi di dottorato del 2015 sulle riserve di gas idrogeno sotto la dorsale oceanica ha fornito l'impulso per il nuovo studio.

Questi numeri suggeriscono che le comunità microbiche svolgono un ruolo significativo nell'aiutare a regolare la biogeochimica globale della Terra, disse Worman, che ora lavora come analista di ricerca presso Chevy Chase Trust a Bethesda, Md.

"I microbi sotto il fondo del mare e nell'oceano scuro consumano quantità significative di questo gas ridotto. Senza che questi microbi consumino questo gas altamente diffusivo, questo H2 prodotto geologicamente potrebbe concettualmente sfuggire nell'atmosfera, " lei disse.

Un tale input rappresenterebbe un aumento considerevole, circa il 10%, dell'attuale bilancio dell'idrogeno atmosferico della Terra. Poiché il gas idrogeno può accelerare l'accumulo di gas serra nella bassa atmosfera, che potrebbe avere un impatto significativo sul riscaldamento globale.

Su scala globale, l'impatto può essere molto maggiore, Pratson ha notato, poiché il restante 90% della crosta oceanica che non è stata inclusa in questo studio potrebbe anche avere produzione e consumo di idrogeno in corso.

"Mentre la nostra analisi stima quanto H2 potrebbe essere consumato dalla biosfera profonda nelle vicinanze del MOR, non è chiaro se la dimensione della biosfera profonda sia limitata dalla disponibilità di H2 o da altri fattori, come la temperatura, nutrienti, pressione, pH o anche spazio, " Ha detto Worman. "Combinare questo studio e il lavoro futuro sul bilancio dell'H2 con altri vincoli chiave sulla vita è una strada promettente per far progredire la nostra comprensione della sua origine ed evoluzione qui sulla Terra e per individuare dove cercare la vita altrove nell'universo. "

Worman e Pratson hanno condotto lo studio con Jeffrey A. Karson, Jessie Page Heroy Professore di Geologia alla Syracuse University, e William H. Schlesinger, James B. Duke Professore Emerito di Biogeochimica, ex preside della Nicholas School di Duke e presidente emerito del Cary Institute of Ecosystem Studies,