El descubrimiento en la década de 1970 de respiraderos hidrotermales, donde los volcanes en el fondo marino producen fluidos calientes que exceden los 350 grados Celsius, o 662 grados Fahrenheit, cambió fundamentalmente la comprensión sobre la Tierra y la vida. Todavía, la vida en y debajo del lecho marino sigue siendo un misterio hoy en día.

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 comenzó la vida en la Tierra. cómo se mantiene en el tiempo y el potencial de vida en otros cuerpos planetarios.

Según la geoquímica Jill McDermott, profesor del Departamento de Ciencias de la Tierra y el Medio Ambiente de la Universidad de Lehigh, estudios anteriores de la química de los fluidos hidrotermales de ventilación han revelado reducciones en ciertas especies de gas, como el hidrógeno molecular. Se pensaba que estas reducciones eran causadas por comunidades microbiológicas que vivían en el lecho marino poco profundo, colectivamente llamada 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 profundidad de 4970 metros, o alrededor de 16, 000 pies por debajo del nivel del mar. Observaron cambios químicos en sus muestras, incluyendo una gran pérdida de hidrógeno molecular, que solo podría ser el resultado de procesos abióticos (no biológicos) y termogénicos (descomposición térmica), porque las temperaturas del fluido estaban más allá de los límites que sustentan la vida, entendido como 122 grados Celsius, o alrededor de 250 grados Fahrenheit, o bajo.

Los resultados se publicaron hoy en línea en un artículo "Reacciones redox abióticas en zonas de mezcla hidrotermal:disponibilidad de energía disminuida para la biosfera subsuperficial" en el procedimientos de la Academia Nacional de Ciencias . Autores adicionales incluyen:Christopher German, Científico senior en geología y geofísica y Jeffrey Seewald, Científico sénior en química marina y geoquímica y Sean Sylva, Investigador asociado III, en Química Marina y Geoquímica de la Institución Oceanográfica Woods Hole; y Shuhei Ono, Profesor adjunto, 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 sostener una biosfera profunda, y para el presupuesto global de hidrógeno ".

Ella agrega:"Esto también significa que la biosfera del subsuelo probablemente esté recibiendo menos energía de lo que nadie se 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 estudios futuros. "

Usando 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, Se llama así porque el líquido expulsado por los conductos de ventilación se asemeja al humo negro 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 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 respaldados por consideraciones de balance de masa, mediciones de isótopos estables, y cálculos químicos energéticos.

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 realizar 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 para 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 para estimar 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 examinaron los investigadores se ventilaron a una temperatura de 44 a 149 grados Celsius (111 a 300 grados Fahrenheit), proporcionando una oportunidad única para que el equipo estudie la transición entre los entornos de soporte vital y no 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 vivir, a donde estaba justo ", dice German." Ese conjunto de circunstancias particularmente lindo abrió la posibilidad de obtener nuevos conocimientos sobre lo que la vida podría (y podría no) ser capaz de hacer, por 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 en cambio por procesos no vivos, es uno importante que 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.