يمكن للميكروبات المعيشة العميقة “تناول” الطاقة الناتجة عن الزلازل

يمكن أن تفتح الصخور المكسورة بالزلازل قائمة واسعة من مصادر الطاقة الكيميائية للميكروبات التي تعيش تحت الأرض – ويمكن أن تدعم عمليات مماثلة الميكروبات داخل الكواكب الأخرى.

يقول كورت كونهاوسر من جامعة ألبرتا في كندا: “هذا يفتح مجموعة جديدة تمامًا من الأيض”.

تستخدم جميع الكائنات الحية على الأرض الإلكترونات المتدفقة لتشغيل حياتهم. على سطح الكوكب ، تسخن النباتات ضوء الشمس لإنتاج السكريات القائمة على الكربون ، والتي تأكلها حيوانات مثلنا. ثم تتدفق الإلكترونات من الكربون الذي نستهلكه إلى جزيئات الأكسجين التي نستنشقها. ينتج عن التدرج الكيميائي بين هؤلاء المتبرعين الإلكترون الكربون ومستقبلات إلكترون الأكسجين ، والمعروفة باسم زوج الأكسدة والاختزال ، الطاقة.

أسفل سطح الكوكب ، تعتمد الميكروبات أيضًا على مثل هذه الأزواج من أجل الطاقة. لكن النظم الإيكولوجية العميقة تفتقر إلى إمكانية الوصول إلى طاقة الشمس بأي شكل من الأشكال ، مما يعني أنه لا يمكنهم استخدام نفس أزواج الأكسجين الكربونية التي نقوم بها. “كانت المشكلة في السطح العميق دائمًا ، حيث تفعل هذه [chemical gradients] تأتي من؟ ” يقول كونهاوسر.

من المعروف أن غاز الهيدروجين – الذي تم إنشاؤه تحت الأرض عن طريق التفاعلات بين الماء والصخور – بمثابة مصدر رئيسي للإلكترونات ، مثل السكريات الكربونية أعلاه. يأتي هذا الهيدروجين من تحطيم الماء إلى مكوناته ، والتي يمكن أن تحدث عندما تقسم الصخور المشعة جزيئات الماء أو الصخور الغنية بالحديد. يتم إنشاء حصة أصغر من الهيدروجين عند زلازل القص الصخور ، مما يعرض الأسطح التفاعلية القادرة على تقسيم الماء.

للاستفادة من هذا الهيدروجين ، تتطلب الميكروبات مستقبلات الإلكترون لتشكيل أزواج الأكسدة والاختزال الكاملة ؛ الهيدروجين من تلقاء نفسه لا يستحق الكثير. تقول باربرا شيروود لولار من جامعة تورنتو في كندا: “قد يكون الطعام على الطاولة ، ولكن إذا لم تحصل على شوكة ، فلن تأكل”.

استخدم Konhauser و Sherwood Lollar وزملاؤهم آلات السحق الصخري لاختبار كيف أن نفس التفاعلات التي تولد غازات الهيدروجين داخل الأعطال قد تولد أيضًا أزواج الأكسدة الكاملة. لقد سحقوا بلورات الكوارتز ، ومحاكاة السلالة الناتجة في أنواع مختلفة من العيوب ، ثم خلطوا الصخور بالماء وأشكال مختلفة من الحديد ، والتي توجد في معظم الصخور.

كان رد فعل الكوارتز المسحوق بالماء لتوليد كميات كبيرة من الهيدروجين في كل من التكوين الجزيئي المستقر والأشكال الأكثر تفاعلية. ووجد الباحثون أن العديد من جذور الهيدروجين هذه تفاعل مع سوائل تحتوي على الحديد لتوليد عدد كبير من المركبات التي يمكن أن تتبرع أو تقبل الإلكترونات ، بما يكفي لتشكيل مجموعة متنوعة من أزواج الأكسدة.

يقول كونهاوسر: “يصبح المزيد من الصخور قابلة للاستخدام في الطاقة”. “هذه التفاعلات … تتوسط في العديد من أنواع التفاعلات الكيميائية المختلفة ، مما يعني أن العديد من الأنواع المختلفة من الميكروبات يمكن أن توجد.” ويقول إن التفاعلات الثانوية الأخرى مع النيتروجين أو الكبريت قد توفر تنوعًا أكبر من مصادر الطاقة.

تقول ماجدالينا أوسبورن في جامعة نورث وسترن في إلينوي: “لقد فوجئت بالأرقام”. “هذا ينتج الكثير من الهيدروجين. كما أنه ينتج هذه الكيمياء الفرعية الإضافية.”

يقدر الباحثون أن الزلازل تولد هيدروجين أقل بكثير من تفاعلات الصخور المائية الأخرى في قشرة الكوكب. ومع ذلك ، فإن نتائجهم تشير إلى أن الأخطاء النشطة قد تكون النقاط الساخنة المحلية للنشاط الميكروبي والتنوع ، كما يقول شيروود لولار.

والزلازل الكاملة ليست مطلوبة بالضرورة. يمكن أن تحدث ردود أفعال مماثلة أيضًا عندما تكسر الصخور في أماكن هادئة من الناحية الزلاوية ، مثل الجزء الداخلي من القارات ، أو الكواكب الميتة التكتونية مثل المريخ. وتقول: “حتى داخل تلك الكتل الصخرية العملاقة ، لديك إعادة توزيع الضغط والتحولات”.

تقول كارين لويد من جامعة جنوب كاليفورنيا: “أعتقد أنه أمر مثير حقًا ، حيث دفع بعض المصادر التي عرفناها قبل أبعد قليلاً”. من المحتمل أن يكون نطاق المواد الكيميائية القابلة للاستخدام المنتجة في أخطاء حقيقية أكثر تنوعًا. وتقول: “ربما يحدث هذا تحت الضغط ، في ظل درجات حرارة مختلفة ، على نطاق مكاني كبير للغاية وبشكلات معدنية أكثر تنوعًا”.

يمكن أن تفسر الطاقة من الأحداث النادرة مثل الزلازل أنماط حياة ما يسميه لويد Aeonophiles ، والميكروبات السطحية العميقة التي يبدو أنها تعيش لفترات طويلة للغاية. يقول لويد: “إذا تمكنت من الانتظار عشرة آلاف عام ، فستكون هناك زلزال يبلغ حجمه 9 وستحصل على هذا الاندفاع الهائل من الطاقة”.

يقول شيروود لولار إن النتائج هي جزء من الاتجاه العام على مدار العقدين الماضيين لتوسيع نظرتنا إلى مكان وكيف يمكن للكائنات الحية البقاء على قيد الحياة تحت الأرض. وتقول إن الأدلة على أن الصخور العميقة للقارات يمكن أن تدعم الحياة “فتحت مفهومنا بشكل كبير عن مدى قابلية كوكبنا”.