Logo bio-infomedia.ro

Viață susținută de hidrogen, descoperită sub ghețari

  • 7 ianuarie 2021
  • Ecologie
Ghețarul Kötlujökull
Kötlujökull, al patrulea cel mai mare ghețar din Islanda, găzduiește o abundență de microorganisme susținute de hidrogenul rezultat în urma degradării rocilor bazaltice. | Foto: ERIC S. BOYD
  • Sub ghețari există comunități de microorganisme care pot combina hidrogenul gazos cu dioxidul de carbon pentru a produce materie organică, printr-un proces denumit chemosinteză, în lipsa lumii solare.
  • Hidrogenul gazos este produs pe măsură ce stratul de rocă bogat în siliciu de sub ghețari este măcinat în particule minerale minuscule sub greutatea masei de gheață de deasupra, iar aceste particule reacționează cu apa rezultată din topirea gheții.

Utilizând date colectate pe parcursul mai multor ani de pe habitatele acoperite de gheață din întreaga lume, o echipă de la Universitatea de Stat din Montana (MSU) a descoperit noi informații despre procesele care susțin viața microbiană de sub straturile de gheață și ghețari, precum și rolurile jucate de aceste organisme în perpetuarea vieții în cursul perioadelor glaciare.

Doctorandul Eric Dunham, de la Departamentul de Microbiologie și Imunologie al MSU, împreună cu prof. Eric Boyd, și-au publicat descoperirile în revista Proceedings of the National Academy of Science. Studiul examinează modul în care apa și microorganismele interacționează în stratul de rocă de sub ghețari, folosind mostre de sedimente prelevate din zonele glaciare ale Canadei și Islandei.

Am descoperit, în aceste sisteme, organisme care erau susținute de hidrogenul gazos, a declarat prof. Boyd. Inițial nu înțelegeam de ce, deoarece nu știam de unde putea proveni hidrogenul de sub ghețari.

O echipă de cercetători, inclusiv prof. Boyd, a descoperit ulterior că, printr-o serie de procese fizice și chimice, hidrogenul gazos este produs pe măsură ce stratul de rocă bogat în siliciu de sub ghețari este măcinat în particule minerale minuscule sub greutatea masei de gheață de deasupra. După ce aceste particule minerale se combină cu apa provenită din topirea ghețarilor, ele eliberează hidrogen gazos.

Ceea ce a devenit și mai fascinant pentru echipa de cercetători este faptul că aceste comunități microbiene de sub ghețari puteau combina hidrogenul gazos cu dioxidul de carbon pentru a genera mai multă materie organică, denumită biomasă, printr-un proces numit chemosinteză. Chemosinteza este un proces similar cu cel prin care plantele generează biomasă din dioxid de carbon prin fotosinteză, deși chemosinteza nu are nevoie de lumină solară.

Pentru a afla mai multe despre microorganismele chemosintetizante, Dunham o utilizat mostre de sedimente provenite din ghețarii din Canada și Islanda. El a cultivat în laborator mostre ale acestor organisme vii din sedimente, urmărind timp de mai multe luni dacă acestea continuă să se înmulțească într-un mediu simulat.

Organismele de care eram interesați folosesc hidrogenul gazos ca sursă de hrană și majoritatea sunt anaerobe, ceea ce înseamnă că oxigenul le omoară, a declarat Dunham. Una dintre cele mai importante etape ale preparării acestor experimente a fost introducerea mostrelor în sticle și îndepărtarea rapidă a oxigenului din acestea, pentru a nu omorî organismele ce trebuiau studiate.

După luni de pregătiri și observații ale culturilor de microorganisme, Dunham a descoperit că este posibilă urmărirea dezvoltării comunităților microbiene în laborator, dar și că tipul de rocă de sub ghețar influențează cât hidrogen este produs, care, la rândul său, stimulează comunitățile microbiene adaptate mai bine la metabolizarea hidrogenului. Mostrele prelevate din ghețarul Kötlujökull din Islanda, care este așezat pe un strat de rocă bazaltică, au produs mult mai mult hidrogen decât mostrele prelevate din ghețarul Robertson din Alberta, Canada, care prezintă un substrat de rocă pe bază de carbonat.

Pe măsură ce utilizează hidrogenul gazos pentru producerea energiei, microorganismele absorb și dioxid de carbon pentru a crea biomasă și a crește. Capacitatea de a fixa carbonul este un proces esențial de reglare a climatului, o altă similitudine cu fotosinteza de la plante.

Având în vedere că ghețarii și pătura de gheață acoperă cca. 10% din uscatul de astăzi și că a acoperit o suprafață mult mai mare în trecut, astfel de activități microbiene este posibil să fi avut un impact major asupra climatului planetei, a scris Boyd. Știam de ceva vreme că microorganismele care trăiesc sub straturile de gheață sau sub ghețari pot fixa carbonul, însă nu cunoșteam mecanismul prin care este realizat acest lucru. Noul studiu ne arată că aceste organisme sunt complet auto-sustenabile, în sensul că pot genera propriul carbon fixat, dar și că nu au nevoie de lumină solară pentru realizarea acestui lucru, așa cum are restul biosferei cu care suntem familiari.

Îndreptându-ne atenția mai departe spre alte planete din sistemul nostru solar, două elemente critice pe care oamenii de știință le caută atunci când evaluează dacă o planetă este locuibilă sunt apa și sursa de energie. Noile descoperiri privind aceste comunități de microorganisme auto-sustenabile, care se pot înmulți în medii înghețate, prin generarea hidrogenului gazos, constituie un pas esențial înspre identificarea unor potențiale medii locuibile pe alte planete.

Source Sursa: www.phys.org
Text: Reagan Colyer
Foto: Eric S. Boyd