Un team di ricercatori della Graduate School of Oceanography dell'Università del Rhode Island e i loro collaboratori hanno rivelato che gli abbondanti microbi che vivono negli antichi sedimenti sotto il fondo del mare sono sostenuti principalmente da sostanze chimiche create dall'irradiazione naturale delle molecole d'acqua.

Il team ha scoperto che la creazione di queste sostanze chimiche è amplificata in modo significativo dai minerali nei sedimenti marini. In contrasto con la visione convenzionale secondo cui la vita nei sedimenti è alimentata dai prodotti della fotosintesi, un ecosistema alimentato dall'irradiazione dell'acqua inizia a pochi metri sotto il fondo del mare in gran parte dell'oceano aperto. Questo mondo alimentato dalle radiazioni è uno degli ecosistemi volumetricamente più grandi della Terra.

La ricerca è stata pubblicata oggi sulla rivista Comunicazioni sulla natura .

"Questo lavoro fornisce una nuova importante prospettiva sulla disponibilità di risorse che le comunità microbiche sotterranee possono utilizzare per sostenersi. Questo è fondamentale per comprendere la vita sulla Terra e limitare l'abitabilità di altri corpi planetari, come Marte, " disse Justine Sauvage, l'autore principale dello studio e un borsista post-dottorato presso l'Università di Göteborg che ha condotto la ricerca come studente di dottorato presso l'URI.

Il processo che guida i risultati del team di ricerca è la radiolisi dell'acqua, la scissione delle molecole d'acqua in idrogeno e ossidanti a seguito dell'esposizione a radiazioni naturali. Steven D'Hondt, Professore di oceanografia dell'URI e coautore dello studio, detto le molecole risultanti diventano la fonte primaria di cibo ed energia per i microbi che vivono nel sedimento.

"Il sedimento marino amplifica effettivamente la produzione di queste sostanze chimiche utilizzabili, " disse. "Se hai la stessa quantità di irradiazione nell'acqua pura e nel sedimento umido, ottieni molto più idrogeno dal sedimento umido. Il sedimento rende la produzione di idrogeno molto più efficace".

Perché il processo è amplificato nel sedimento umido non è chiaro, ma D'Hondt ipotizza che i minerali nel sedimento possano "comportarsi come un semiconduttore, rendere il processo più efficiente".

Le scoperte sono il risultato di una serie di esperimenti di laboratorio condotti nel Rhode Island Nuclear Science Center. Flaconi di sedimenti umidi irradiati con Sauvage provenienti da varie località dell'Oceano Pacifico e dell'Oceano Atlantico, raccolti dall'Integrated Ocean Drilling Program e dalle navi da ricerca statunitensi. Ha confrontato la produzione di idrogeno con fiale irradiate in modo simile di acqua di mare e acqua distillata. Il sedimento ha amplificato i risultati fino a un fattore 30.

"Questo studio è una combinazione unica di sofisticati esperimenti di laboratorio integrati in un contesto biologico globale, " ha detto il co-autore Arthur Spivack, Professore URI di oceanografia.

Le implicazioni dei risultati sono significative.

"Se puoi sostenere la vita nei sedimenti marini sotterranei e in altri ambienti sotterranei dalla scissione radioattiva naturale dell'acqua, allora forse puoi sostenere la vita allo stesso modo in altri mondi, " ha detto D'Hondt. "Alcuni degli stessi minerali sono presenti su Marte, e finché hai quei minerali catalitici bagnati, avrai questo processo. Se riesci a catalizzare la produzione di sostanze chimiche radiolitiche ad alti tassi nel sottosuolo marziano umido, potresti potenzialmente sostenere la vita agli stessi livelli in cui è sostenuta nei sedimenti marini".

Sauvage ha aggiunto, "Questo è particolarmente rilevante dato che il Perseverance Rover è appena atterrato su Marte, con la sua missione di raccogliere rocce marziane e caratterizzare i suoi ambienti abitabili."

D'Hondt ha affermato che i risultati del team di ricerca hanno anche implicazioni per l'industria nucleare, anche per come vengono immagazzinate le scorie nucleari e come vengono gestiti gli incidenti nucleari. "Se conservi scorie nucleari in sedimenti o rocce, può generare idrogeno e ossidanti più velocemente che nell'acqua pura. Che la catalisi naturale possa rendere quei sistemi di stoccaggio più corrosivi di quanto generalmente si creda, " Egli ha detto.

I prossimi passi per il team di ricerca saranno esplorare l'effetto della produzione di idrogeno attraverso la radiolisi in altri ambienti sulla Terra e oltre, compresa la crosta oceanica, crosta continentale e sotto la superficie di Marte. Cercheranno anche di far progredire la comprensione di come vivono le comunità microbiche del sottosuolo, interagiscono ed evolvono quando la loro fonte di energia primaria deriva dalla scissione radiolitica naturale dell'acqua.