在大洋中脊发现的未知氢指向隐藏的生物圈

时间:2020-05-27 18:46 来源:seo 作者:小可爱科技知识网 点击量:

在大洋中脊发现的未知氢指向隐藏的生物圈

一项由杜克大学领导的新研究首次估算出,在大洋中脊(MOR)之下的无阳光的海底地壳中,有多少氢可以用来为微生物提供燃料。这项研究揭示了地球上最不为人知的生物圈之一。

这也可能有助于阐明类似的条件如何支持其他极端环境中的生命,从遥远的行星到早期的地球本身。

大多数微生物利用太阳光进行光合作用来产生有机物。但是,生活在地球海洋地壳火山岩深处的化学合成微生物群落缺乏这种能量来源,它们利用氢作为燃料,将二氧化碳转化为食物。当水流经富含铁的岩石时,氢作为自由气体释放出来。

自从1977年第一个深海热液喷口被发现后不久,科学家们就知道深海里的生命可以繁衍生息。但直到2013年,微生物学家才在海底火山岩石中发现了微生物群落。发现引发了大规模的科学好奇心,不仅由于新发现的潜在规模生物圈海洋地壳是几公里厚,覆盖了60%的地球表面的东西,但也因为极度缺氧条件下发现有类似地球上的生命开始时,化学能的时候可能是唯一可用的能源燃料的微生物的新陈代谢。

“然而,到目前为止,我们对这些微生物群落的总体大小以及它们消耗多少氢还没有很好的限制。这项新的研究为我们提供了一个初步的估计,并让我们对这些微生物对地球气候和古气候的影响范围有了新的认识,”杜克大学尼古拉斯环境学院Gendell家庭能源和环境教授Lincoln Pratson说。

他说:“这也为我们提供了边界条件,让我们知道地球上最早的生命形式是如何生存的,以及在其他行星上寻找生命的地点。”

5月11日,科学家们在《美国国家科学院院刊》上发表了他们的同行评议论文。

为了进行他们的研究,他们构建了一个盒子模型,评估了在以洋中脊为中心的近3000万平方公里的海洋地壳走廊中,来自9个不同地质来源的氢气(H2)的总生产。这条走廊沿着山脊蜿蜒穿过全世界的海洋,覆盖了整个海洋地壳的10%。

该团队还估计了有多少氢气可能是通过海底热液喷口释放到海洋中去的,这是基于其他研究人员在之前沿海洋中脊进行的探险中收集的超过500个水样的测量数据得出的。

“通过减去排放的气体量,大约每年2000万吨,从产生,大约每年3000万吨,留给我们的是每年约1000万吨,据推测,被微生物消耗在这个地带的地壳,”主要作者斯泰西说l . WormanPratson的前学生,他在2015年的博士论文中研究了大洋中脊下的氢气储量,为这项新研究提供了动力。

沃曼说,这些数字表明,微生物群落在帮助调节地球的全球生物地球化学方面发挥着重要作用。沃曼目前在马里兰州贝塞斯达的切维蔡斯信托基金担任研究分析师。

“海底和黑暗的海洋里的微生物消耗了大量的这种还原气体。如果这些微生物不消耗这种高度扩散的气体,这种地质产生的H2就可能逃逸到大气中,”她说。

这样的输入量相当于地球大气中氢含量的10%。由于氢气会加速低层大气中温室气体的积聚,这可能会对全球变暖产生重大影响。

Pratson指出,在全球范围内,影响可能要大得多,因为该研究没有包括的其余90%的海洋地壳可能也有氢的生产和消耗。

“虽然我们的分析估计多少H2可能被深海生物圈附近的铁道部,目前尚不清楚是否深生物圈的大小是有限的H2的可用性或其他因素,如温度、营养,压力,pH值,甚至空间,“Worman说。“将这项研究和未来H2预算的工作与生命的其他关键约束结合起来,是一个很有希望的途径,可以推进我们对地球上生命起源和进化的理解,并确定在宇宙其他地方寻找生命的目标。”

沃曼和普拉特森与雪城大学地质学教授杰弗里·a·卡尔森、杰西·佩奇·希罗伊、威廉·h·施莱辛格、詹姆斯·b·杜克生物地球化学名誉教授、杜克大学尼古拉斯学院前院长、卡里生态系统研究所名誉主席一起进行了这项研究,

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