Échantillons de sédiments marins utilisés dans les expériences d'irradiation. Crédit :Justine Sauvage
Une équipe de chercheurs de la Graduate School of Oceanography de l'Université de Rhode Island et leurs collaborateurs ont révélé que les microbes abondants vivant dans les sédiments anciens sous le fond marin sont principalement alimentés par des produits chimiques créés par l'irradiation naturelle des molécules d'eau.
L'équipe a découvert que la création de ces produits chimiques est amplifiée de manière significative par les minéraux contenus dans les sédiments marins. Contrairement à l'opinion conventionnelle selon laquelle la vie dans les sédiments est alimentée par les produits de la photosynthèse, un écosystème alimenté par l'irradiation de l'eau commence à quelques mètres sous le fond marin dans une grande partie de l'océan ouvert. Ce monde alimenté par les radiations est l'un des plus grands écosystèmes de la Terre en termes de volume.
La recherche a été publiée aujourd'hui dans la revue Communication Nature .
"Ce travail offre une nouvelle perspective importante sur la disponibilité des ressources que les communautés microbiennes souterraines peuvent utiliser pour se maintenir. Ceci est fondamental pour comprendre la vie sur Terre et limiter l'habitabilité d'autres corps planétaires, comme Mars, " dit Justine Sauvage, l'auteur principal de l'étude et un boursier postdoctoral à l'Université de Göteborg qui a mené la recherche en tant que doctorant à l'URI.
Le processus à la base des découvertes de l'équipe de recherche est la radiolyse de l'eau, c'est-à-dire la division des molécules d'eau en hydrogène et en oxydants à la suite d'une exposition à un rayonnement naturel. Steven D'Hondt, URI professeur d'océanographie et co-auteur de l'étude, a déclaré que les molécules résultantes deviennent la principale source de nourriture et d'énergie pour les microbes vivant dans les sédiments.
"Les sédiments marins amplifient en fait la production de ces produits chimiques utilisables, " dit-il. " Si vous avez la même quantité d'irradiation dans l'eau pure et dans les sédiments humides, vous obtenez beaucoup plus d'hydrogène à partir de sédiments humides. Le sédiment rend la production d'hydrogène beaucoup plus efficace."
Justine Sauvage, auteur principal de l'étude, mesure la teneur en oxygène dissous dans les carottes de sédiments prélevées dans l'Atlantique Nord. Photo publiée avec l'aimable autorisation de Justine Sauvage
Pourquoi le processus est amplifié dans les sédiments humides n'est pas clair, mais D'Hondt spécule que les minéraux dans les sédiments peuvent " se comporter comme un semi-conducteur, rendre le processus plus efficace."
Les découvertes sont le résultat d'une série d'expériences en laboratoire menées au Rhode Island Nuclear Science Center. Des flacons sauvages irradiés de sédiments humides provenant de divers endroits dans les océans Pacifique et Atlantique, collectés par le Programme intégré de forage océanique et par des navires de recherche américains. Elle a comparé la production d'hydrogène à des flacons d'eau de mer et d'eau distillée irradiés de la même manière. Les sédiments ont amplifié les résultats jusqu'à un facteur 30.
"Cette étude est une combinaison unique d'expériences de laboratoire sophistiquées intégrées dans un contexte biologique global, " a déclaré le co-auteur Arthur Spivack, URI professeur d'océanographie.
Les implications des résultats sont importantes.
« Si vous pouvez soutenir la vie dans les sédiments marins souterrains et d'autres environnements souterrains à partir de la division radioactive naturelle de l'eau, alors peut-être que vous pouvez supporter la vie de la même manière dans d'autres mondes, " a déclaré D'Hondt. " Certains des mêmes minéraux sont présents sur Mars, et tant que vous avez ces minéraux catalytiques humides, vous allez avoir ce processus. Si vous pouvez catalyser la production de produits chimiques radiolytiques à des taux élevés dans le sous-sol martien humide, vous pourriez potentiellement maintenir la vie aux mêmes niveaux qu'elle est maintenue dans les sédiments marins."
Sauvage ajouté, "C'est particulièrement pertinent étant donné que le Perseverance Rover vient d'atterrir sur Mars, avec sa mission de récolter les roches martiennes et de caractériser ses milieux habitables."
D'Hondt a déclaré que les conclusions de l'équipe de recherche ont également des implications pour l'industrie nucléaire, y compris pour la manière dont les déchets nucléaires sont stockés et dont les accidents nucléaires sont gérés. "Si vous stockez des déchets nucléaires dans des sédiments ou des roches, il peut générer de l'hydrogène et des oxydants plus rapidement que dans l'eau pure. Que la catalyse naturelle peut rendre ces systèmes de stockage plus corrosifs qu'on ne le pense généralement, " il a dit.
Les prochaines étapes pour l'équipe de recherche seront d'explorer l'effet de la production d'hydrogène par radiolyse dans d'autres environnements sur Terre et au-delà, y compris la croûte océanique, croûte continentale et sous-surface de Mars. Ils chercheront également à faire progresser la compréhension du mode de vie des communautés microbiennes souterraines, interagissent et évoluent lorsque leur principale source d'énergie est dérivée de la décomposition radiolytique naturelle de l'eau.
