Prüfung der Bewohnbarkeit alkalischer hydrothermaler Schlote in einer simulierten Hadean-Ozeanumgebung

• Antragsteller: Professor William Orsi, Ph.D.
• Fachliche Zuordnung: Mikrobielle Ökologie und Angewandte Mikrobiologie ; Geologie ; Mineralogie, Petrologie und Geochemie
• Förderung: Förderung seit 2022
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 514893408

Das übergeordnete Forschungsziel der vorgeschlagenen Arbeit ist es, mit Hilfe von kontrollierten Laborexperimenten die Bewohnbarkeit von alkalischen hydrothermalen Schloten (AHVs) unter simulierten Bedingungen im Erdaltertum zu untersuchen, von denen angenommen wird, dass sie eine entscheidende, aber bisher noch nicht eingeschränkte Rolle bei der Bewohnbarkeit von Planeten spielen. Ich schlage vor, diese Herausforderung durch die Anwendung eines neuartigen Versuchsaufbaus anzugehen, der zum ersten Mal Fragen zur Habitabilität von Planeten direkt beantworten wird. Mein Labor hat einen neuen Versuchsaufbau entwickelt, mit dem alkalische hydrothermale Schlotstrukturen unter simulierten Bedingungen des Hadaikums in einer anaeroben Kammer erzeugt werden können. Dunkelgrüne Schlotstrukturen fallen aus einem sauren Eisen-"Ozean" (einem Analogon für den Hadean-Ozean) aus, wenn hydrothermale alkalische Flüssigkeiten vom Boden des "Ozean"-Analogons hineingepumpt werden, wodurch ein hydrothermaler Schlot am Meeresboden des Hadaikums simuliert wird. Vorläufige Daten zeigen, dass die Schlote überwiegend aus Eisen(oxy)hydroxiden und Eisensulfiden bestehen und über einen Zeitraum von 24 Stunden eine abiotische H2-Gasproduktion von 10-400 µM H2 erzeugen, was es uns ermöglicht, Hypothesen über abiotisches H2 als geologische Energiequelle für methanogene Archaeen in Hadaikum-AHVs zu testen. Unter Verwendung von mesophilen und hyperthermophilen H2 oxidierenden Methanogenen als Modellorganismen werden wir testen, ob das abiotische H2, das in den AHV-Schlote produziert wird, das Wachstum dieser Mikroben bei 20-80 °C fördern kann. Auf diese Weise werden wir Grenzbedingungen schaffen, die das Leben in hydrothermalen Umgebungen des Hadaikums, die abiotisches H2 produzieren, und in bewohnbaren planetarischen Umgebungen unterstützen. Es werden kontrollierte Experimente vorgeschlagen, um zu testen, ob die H2-Limitierung dieser Mikroben durch abiotisches H2, das von AHV-Schlote in einer simulierten Hadaikum Umgebung produziert wird, überwunden werden kann. Wir werden Genexpressionstechniken einsetzen, um die biologischen Mechanismen hinter der Bewohnbarkeit der simulierten Hadaikum-Schlote einzugrenzen, insbesondere um das Potenzial für die Bildung von Biofilmen auf der Schlotoberfläche zu untersuchen. Wir werden Dünnschliffe und Mikroskopie verwenden, um die bevorzugte Stelle der Schlote zu bestimmen, die besiedelt wird, und um festzustellen, wie dies mit den methanogenen Stoffwechselprozessen im Vergleich zwischen "frei lebenden" und mit dem Schlote assoziierten Zellen zusammenhängt. Dies wird bestätigen, dass das abiotische H2 aus den AHV-Schlote tatsächlich die mikrobielle Methanogenese antreibt und die Temperatur und die anorganisch-chemischen Bedingungen einschränkt, die die Bewohnbarkeit des Planeten in einer simulierten Hadaikum-Umgebung fördern.

• DFG-Verfahren: Sachbeihilfen