喂养冰川下面的氢气的微生物 - 但氢气来自哪里?

Eric Dunham冰川

蒙大拿州立大学研究生埃里克·杜汉姆。信贷:密歇根州立大学

Using years’ worth of data collected from ice-covered habitats all over the world, a Montana State University team has discovered new insights into the processes that support microbial life underneath ice sheets and glaciers, and the role those organisms play in perpetuating life through ice ages and, perhaps, in seemingly inhospitable environments on other planets.

密歇根州立大学农业学院微生物和免疫学系的博士候选人埃里克·邓纳姆和导师埃里克·博伊德在期刊上发表了他们的研究结果yabo124美国国家科学院院刊在2020年12月。工作审查了水和微生物与冰川下面的基岩与冰川的互动相互作用的方式,使用从加拿大和冰岛的冰川地点采取的沉积物样品。

“我们不断在这些系统中发现由氢气支撑的有机体,”博伊德说。“一开始这没什么意义,因为我们无法确定氢气是从这些冰川下面的哪里来的。”

包括博伊德在内的一个研究小组后来发现,通过一系列的物理和化学过程,当冰川下面富含硅的基岩被其上的冰的重量磨成微小的矿物颗粒时,氢气就产生了。当这些矿物颗粒与冰川融水结合时,它们释放出氢。

博伊德和邓纳姆更感兴趣的是,冰川下的微生物群落可以把氢气和二氧化碳结合起来,通过一种叫做化学合成的过程,产生更多的有机物,称为生物量。化学合成类似于植物通过光合作用从二氧化碳中产生生物量,尽管化学合成不需要阳光。

为了进一步了解这些化学合成微生物的作用,杜汉姆使用了加拿大和冰岛冰川的沉积物样本。他在实验室中培养了沉积物中发现的生物样本,观察了几个月,看它们是否会在模拟环境中继续生长。

“我们有兴趣的生物依赖于氢气作为食物生长,而且大多数也是厌氧人,意思是氧气会杀死它们,”邓汉斯最初来自账单,正在进入他的博士研究的最后学期。“One of the most critical steps in preparing these experiments, and easily the most stressful element, was getting those samples into bottles and flushing out all the oxygen as quickly as possible, so I didn’t kill the organisms I was trying to study.”

在几个月的准备和观察微生物培养物,邓纳姆发现不仅可以追踪社区的增长在实验室环境中,但也潜在的基岩类型冰川氢气产生多少影响,进而导致微生物群落的存在,更好的适应代谢氢。从位于玄武岩基岩之上的冰岛科特卢冰川(Kotlujokull Glacier)采集的样本产生的氢气要比位于加拿大阿尔伯塔省(Alberta)的罗伯逊冰川(Robertson Glacier)采集的样本产生的氢气多得多。罗伯逊冰川下面有碳酸盐基岩。

由于它们利用氢气产生能量,所述Microbes还将二氧化碳从空气中拉出以产生生物质,复制和生长。“修复”碳的能力是一种关键的气候调节过程,植物中的光合作用的另一种相似性。

“Considering that glaciers and ice sheets cover about 10% of the Earth’s landmass today, and a much larger fraction at times in the planet’s past, microbial activities such as the ones Eric measured are likely to have had a major impact on Earth’s climate, both today and in the past,” said Boyd. “We’ve known for a while that microorganisms living beneath ice sheets or glaciers can fix carbon, but we never really understood how. What Eric’s pioneering work shows is that not only are these organisms completely self-sustainable in the sense that they can generate their own fixed carbon, they also don’t need sunlight to do it like the rest of the biosphere that we’re familiar with.”

博伊德在进一步观察太阳系的其他行星时指出,科学家在评估宜居性时要寻找的两个关键元素是水和能源。新发现的自我维持的微生物群落可以通过生成氢气在冰环境中蓬勃发展,这是识别其他行星上潜在的可居住环境的关键一步。

“在其他星球上有很多证据,冰和冰川,”他说。“他们居住吗?我们不知道。在与埃里克研究的人的基石上的行星上有没有生活的微生物?绝对。没有理由思考。“

对于敦瑟姆,其本科和后的研究员重点是在转移到生物地球化学之前的健康科学和病毒学,新发现的最有价值部分正在探索各种地球流程如何合适,并以科学界才能开始解锁的方式彼此影响yabovip2021。

参考文献:“岩性氢气支持郊区和前期环境中的微生物初级生产”由Eric C. Dunham,John E. Dore,Mark L.Skidmore,Eric E.Roden和Eric S. Boyd,2020年12月21日,美国国家科学院院刊
DOI: 10.1073 / pnas.2007051117

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