Подземные трещины горных пород производят в 100 000 раз больше водорода, чем другие известные процессы, обеспечивая микробов энергией без солнечного света.
Фотография, показывающая подземные породы.
Алан Кресслер/Getty Images
На протяжении большей части истории человечества мы считали, что солнечный свет — основа всей жизни на Земле. Однако китайские исследователи открыли совершенно иной способ существования жизни, которому солнечный свет вообще не нужен.
В недавнем исследовании они обнаружили, что крошечные организмы, живущие глубоко под поверхностью Земли, могут получать энергию из особых химических реакций, которые происходят из-за разрушения горных пород, вызванного движением тектонических плит.
Этот процесс образования трещин, также известный как разломы земной коры, приводит к образованию зон разломов, в которых циркулирует вода и газы, что позволяет химическим реакциям не требовать солнечного света.
Это открытие не только меняет наше понимание подземных экосистем, но и намекает на то, что подобная жизнь может существовать и на других планетах, где солнечный свет может быть постоянно вне досягаемости.
«Мы предполагаем, что разломы земной коры могут генерировать различные окислительно-восстановительные пары и управлять окислительно-восстановительным циклом железа, тем самым обеспечивая устойчивый источник энергии для подземной жизни на Земле и, возможно, на других планетарных телах», — отмечают авторы исследования.
Реакции, разрушающие горные породы, обеспечивают жизнь без света
Авторы исследования из Института геохимии Гуанчжоу хотели понять, как глубоко обитающие микробы получают доступ к энергии и окислителям — двум важнейшим компонентам, необходимым для химической энергии, поддерживающей жизнь.
Хотя предыдущие исследования показали, что эти микробы могут использовать водород в качестве источника энергии, происхождение необходимых окислителей оставалось неясным. Чтобы разгадать эту загадку, исследователи воссоздали процесс естественного растрескивания горных пород, который обычно происходит вдоль подземных разломов.
В своей лабораторной установке они оказывали давление на различные типы горных пород, имитируя эффект движения земной коры. При растрескивании пород выделялись активные молекулы, известные как свободные радикалы.
Эти радикалы затем реагировали с водой, образуя водород и такие соединения, как перекись водорода (H₂O₂), являющуюся окислителем. Вместе эти вещества образуют богатую энергией химическую среду. Однако исследователи обнаружили нечто ещё более поразительное.
Количество водорода, образовавшегося во время этого имитированного разлома, было поразительным: оно в 100 000 раз превышало количество, которое образуется в результате других естественных процессов, таких как реакция воды с определенными минералами (серпентинизация) или расщепление под действием естественного излучения (радиолиз).
Кроме того, водород и окислители изменили форму железа (Fe) в окружающей воде и горных породах, запустив цикл, в котором железо переходит из окисленного состояния в восстановленное. Этот окислительно-восстановительный цикл также поддерживает реакции с участием других элементов, важных для жизни, таких как углерод и азот.
Авторы исследования предполагают, что землетрясения или даже незначительные подземные сдвиги могут спровоцировать возникновение таких химических условий, которые микробы используют для выживания, и для этого не требуется никакого участия солнца.
Чтобы выжить в самых глубоких, наиболее гидрогеологически изолированных участках недр, микробы используют энергию, получаемую в результате окислительно-восстановительных реакций, используя электроны, движущиеся вдоль окислительно-восстановительных градиентов. Этот процесс может быть ключом к поддержанию микробного разнообразия и долгосрочной обитаемости глубинной биосферы.
Жизнь без Солнца и за пределами Земли
Это открытие меняет наши представления о том, где может существовать жизнь. Оно показывает, что геологическая активность сама по себе, без солнечного света и органики, может обеспечить достаточно энергии для выживания экосистем под землей.
Это важно не только для понимания Земли, но и для заглядывания за её пределы. Если химические реакции, вызванные разломами, могут поддерживать жизнь здесь, аналогичные условия могут существовать и на других каменистых планетах или лунах с активной геологией, например, на Марсе или Европе.
Однако важно отметить, что эти результаты получены в ходе лабораторных экспериментов. Следующий шаг — проверить, насколько часто и эффективно эти реакции происходят в реальных зонах разломов под землей.
Если эта информация подтвердится, она может стать важной подсказкой в поисках инопланетной жизни и помочь ученым лучше понять скрытую биосферу Земли.
Исследование опубликовано в журнале Science Advances.
Sourse: interestingengineering.com
