El descubrimiento de los respiraderos hidrotermales, donde los volcanes en el fondo marino producen fluidos calientes que exceden los 350 grados Celsius, o 662 grados Fahrenheit, cambió fundamentalmente nuestra comprensión sobre la Tierra y la vida en la década de 1970. Sin embargo, la vida en el fondo marino y debajo de él todavía es muy importante.mucho misterio hoy.
Es importante comprender mejor estas áreas volcánicamente activas, ya que la química en los respiraderos del lecho marino impacta la química del océano en general. Además, el entorno único del lecho marino respalda procesos biológicos y no biológicos que ofrecen pistas sobre cómo la vida en la Tierra primerocomenzó, ¿cómo se sostiene en el tiempo? y el potencial de vida en otros cuerpos planetarios.
Según la geoquímica Jill McDermott, profesora en el Departamento de Ciencias de la Tierra y el Medio Ambiente de la Universidad de Lehigh, los estudios anteriores de la química de los fluidos hidrotermales de los respiraderos han revelado reducciones en ciertas especies de gas, como el hidrógeno molecular. Se pensaba que estas reducciones erancausada por comunidades microbiológicas que viven en el lecho marino poco profundo, llamadas colectivamente biosfera submarina.
Sin embargo, los resultados de un nuevo estudio de McDermott y sus colegas contradicen esa suposición. Los investigadores analizaron muestras de fluidos hidrotermales herméticos a los gases del campo de ventilación más profundo conocido del mundo, el campo hidrotermal Piccard en Mid-Cayman Rise, que se encuentra a una profundidad4970 metros, o unos 16.000 pies bajo el nivel del mar. Observaron cambios químicos en sus muestras, incluida una gran pérdida de hidrógeno molecular, que solo podría ser el resultado de procesos abióticos no biológicos y termogénicos descomposición térmica, porquelas temperaturas del fluido estaban más allá de los límites que sustentan la vida se entiende que son 122 grados Celsius, o alrededor de 250 grados Fahrenheit, o menos.
Los resultados se publicaron hoy en línea en un artículo "Reacciones redox abióticas en zonas de mezcla hidrotermal: disminución de la disponibilidad de energía para la biosfera del subsuelo" en el Actas de la Academia Nacional de Ciencias . Los autores adicionales incluyen: Christopher German, científico sénior en geología y geofísica y Jeffrey Seewald, científico sénior en química y geoquímica marina y Sean Sylva, investigador asociado III, en química y geoquímica marina de la Institución Oceanográfica Woods Hole; y Shuhei Ono, Profesor asociado, Instituto de Tecnología de Massachusetts.
"Nuestro estudio encuentra que estos cambios en la química son impulsados por procesos no biológicos que eliminan la energía antes de que las comunidades microbianas accedan a ella", dice McDermott. "Esto podría tener implicaciones críticas para limitar la medida en que los ciclos geoquímicos globales pueden sosteneruna biosfera profunda, y para el presupuesto global de hidrógeno ".
Agrega: "Esto también significa que es probable que la biosfera del subsuelo esté recibiendo menos energía de lo que nadie había imaginado anteriormente. El grado en que el consumo de hidrógeno no biológico en la corteza oceánica puede reducir el impacto de la vida que habita el fondo marino es un gran objetivo para el futuroestudios."
Utilizando el análisis químico de gases disueltos, compuestos inorgánicos y compuestos orgánicos, el equipo descubrió que las muestras de fluidos a baja temperatura se originaron a partir de la mezcla entre el agua de mar y los fumadores negros cercanos de Beebe Vents, llamados así porque el fluido expulsado de los respiraderos se asemeja al negrohumo de una chimenea. En estas muestras de fluidos mixtos, muchas especies químicas tienen una abundancia alta o baja, según McDermott. La muestra con los cambios más grandes en la cantidad de gas tenía una temperatura del fondo marino de 149 grados Celsius, o 300 grados Fahrenheit, una temperatura que es demasiado alta para albergar vida. Por lo tanto, concluyeron, el proceso responsable de los cambios geoquímicos no podría involucrar directamente a la vida.
Las reacciones no biológicas que identificaron como responsables de estos cambios químicos incluyen la reducción de sulfato y la degradación térmica de la biomasa, y están respaldadas por consideraciones de balance de masa, mediciones de isótopos estables y cálculos de energía química.
Las muestras se recolectaron durante dos expediciones de investigación utilizando dos vehículos operados a distancia, Jason II y Nereus, ambos diseñados para la exploración de aguas profundas y para llevar a cabo una amplia gama de investigaciones científicas en los océanos del mundo.
"Este fue un programa de campo realmente emocionante que nos brindó una oportunidad única de explorar la compleja interacción entre la química de un entorno natural y la vida que sustenta", dijo Seewald. "Ahora estamos en una posición mucho mejor paraestimar la cantidad de vida microbiana que puede existir debajo del lecho marino ".
Descubierto en 2010, el campo hidrotermal Piccard está ubicado al sur de Gran Caimán en el Caribe. Las muestras de fluido que los investigadores examinaron se ventilaron a 44 a 149 grados Celsius 111 a 300 grados Fahrenheit, lo que brinda una oportunidad única para que el equipoestudiar la transición entre entornos de soporte vital y no soporte vital.
"Lo bueno caliente de este estudio es que pudimos encontrar un conjunto de conductos de ventilación que se extendían desde donde hacía demasiado calor para la vida, hasta donde era perfecto", dice German. "Ese conjunto particularmente lindode las circunstancias abrió la posibilidad de obtener nuevos conocimientos sobre lo que la vida podría y podría no hacer, debajo del lecho marino ".
Se sabe que los cambios en la temperatura y la composición química del fluido de ventilación hidrotermal sirven como un control importante sobre la estructura y función de la comunidad microbiana en la corteza oceánica en todos los océanos del mundo.
"Esta relación existe porque los fluidos hidrotermales proporcionan energía para reacciones metabólicas microbianas específicas", dice McDermott. "Sin embargo, la pregunta inversa de si la química de los fluidos de ventilación es modificada por la vida misma, o por procesos no vivos, es importanteque rara vez se aborda ".
El descubrimiento del equipo puede servir para abrir un nuevo camino de exploración hacia la evaluación de si los procesos no biológicos sirven como controles importantes sobre la disponibilidad de energía, además de los procesos microbianos.
Fuente de la historia :
Materiales proporcionado por Universidad de Lehigh . Original escrito por Lori Friedman. Nota: el contenido se puede editar por estilo y longitud.
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