Gdybyś uderzył w dno morskie i kontynuował podróż w dół, wpadłbyś w ekosystem inny niż jakikolwiek inny na ziemi. Poniżej kilkuset metrów osadu dna morskiego znajduje się skorupa ziemska: grube warstwy skały lawy z pęknięciami pokrywającymi około 70% powierzchni planety. Woda morska przepływa przez szczeliny, a ten system nitek skalnych jest ogromny: jest to największy poziom wodonośny na ziemi, zawierający 4% globalnej objętości oceanów, mówi Mark Lever, ekolog, który bada beztlenowe (beztlenowe) cykle węglowe w Aarhus Uniwersytet w Danii.
Skorupa pod dnem morskim może być również największym ekosystemem na ziemi, według nowego badania Lever opublikowanego w tym miesiącu w Science . Przez siedem lat inkubował 3, 5-milionową skałę bazaltową zebraną z 565 metrów poniżej dna oceanu - głębokości prawie dwóch wież Eiffla - i znalazł żywe drobnoustroje. Mikroby te żyją daleko od kwitnących społeczności bakteryjnych na grzbietach oceanów środkowych i przeżywają, powoli spieniając siarkę i inne minerały w energię.
Ale jak duży jest ten ekosystem napędzany chemicznie, który przetrwa całkowicie bez tlenu? Jeśli wyniki jego próbki, pobranej spod dna morskiego u wybrzeży stanu Waszyngton, są podobne do tych znalezionych na całej planecie, wówczas różnorodne społeczności mikroorganizmów mogłyby przetrwać w skorupie oceanu, pokrywając dwie trzecie powierzchni ziemi i potencjalnie przechodząc mile głębokie.
Skorupa pod dnem morskim ma dużo przestrzeni i bogatych w energię minerałów - przyjaznego potencjalnego siedliska dla dużej społeczności mikroorganizmów - „ale nie mamy pojęcia, jak wygląda ekosystem”, mówi Julie Huber, oceanograf drobnoustrojów w Marine Biological Laboratory w Woods Hole, Massachusetts. „Dowody Marka wskazują, że jest to zupełnie inny świat.”
Mikroby, które czerpią energię z minerałów, a nie ze światła słonecznego, są dalekie od rzadkości. Najbardziej znanymi z tak zwanych bakterii chemoautotroficznych lub chemosyntetycznych są bakterie znajdujące się w otworach hydrotermalnych na głębokim morzu. Niektóre z tych bakterii żyją symbiotycznie z gigantycznymi robakami, małżami i małżami, dostarczając energię produkowaną chemicznie tym większym organizmom, gdy „oddychają” bogatą w siarkę wodą wydobywającą się z ujścia - podobnie jak rośliny przekształcają światło słoneczne w energię na powierzchni. Chemosyntetyczne drobnoustroje znajdują się również w gnijącym i ubogim w tlen błocie słonych bagien, namorzyn i łóżek trawy morskiej - „w każdym miejscu, w którym masz śmierdzące czarne błoto, możesz mieć chemoautotrofię” - mówi Chuck Fisher, biolog głębinowy w Pensylwanii State University in College Park.
Ale to, co wyróżnia drobnoustroje podmorskie dna Lever, to to, że w ogóle nie zużywają tlenu. Bakterie symbiotyczne w otworach hydrotermalnych są często określane jako „życie bez światła słonecznego”, ale nadal polegają na świetle słonecznym pośrednio, wykorzystując tlen wytworzony przez słońce w reakcji chemicznej do generowania energii. Chemosyntetyczne drobnoustroje na bagnach solnych żywią się rozkładającymi się roślinami i zwierzętami, które czerpią energię ze światła słonecznego. Nawet osady głębinowe gromadzą się z asortymentu martwych zwierząt, roślin, drobnoustrojów i granulatu kałowego, który opiera się na energii świetlnej.
Z drugiej strony drobnoustroje skorupy oceanicznej polegają całkowicie na cząsteczkach niezawierających tlenu pochodzących ze skały i całkowicie usuniętych z fotosyntezy, takich jak siarczan, dwutlenek węgla i wodór. „W tym sensie jest to wszechświat równoległy, ponieważ działa na inny rodzaj energii”, mówi Lever. Cząsteczki te dostarczają o wiele mniej energii niż tlen, tworząc rodzaj drobnoustrojowego powolnego ruchu żywności. Zamiast dzielić i szybko rosnąć, jak wiele bakterii tlenowych, Fisher podejrzewa, że drobnoustroje w skorupie ziemskiej mogą się dzielić co sto lub tysiąc lat.
Hydrotermalny otwór wentylacyjny, pokryty robakami rurowymi, wyrzuca czarny dym siarki na grzbiet Juan de Fuca. Mikroby skorupy oceanicznej zebrano setki metrów pod dnem morskim pod tym samym grzbietem. (Zdjęcie za pośrednictwem University of Washington; NOAA / OAR / OER) Ale to, że są powolne, nie oznacza, że są rzadkie. „Istnieje wiele danych, że pod powierzchnią znajduje się duża, bardzo produktywna biosfera”, mówi Fisher.
Ponadto, rozmiary populacji drobnoustrojów w różnych obszarach skorupy mogą się znacznie różnić, zauważa Huber. Poprzez badania nad płynem znajdującym się między pęknięciami skorupy mówi, że w niektórych obszarach płyn zawiera mniej więcej tyle samo drobnoustrojów co standardowa woda głębinowa zebrana na głębokości oceanu 4000 metrów (2, 5 mil): około 10 000 drobnoustrojów komórek na mililitr. W innych regionach, takich jak na grzbiecie Juan de Fuca na Oceanie Spokojnym, gdzie Lever znalazł swoje drobnoustroje, jest mniej komórek, około 8 000 drobnoustrojów na mililitr. W innych regionach, takich jak nienasycony płyn głęboko w otworach hydrotermalnych, może być około 10 razy więcej.
Nie tylko liczba drobnoustrojów różni się w zależności od lokalizacji - możliwe jest, że różne gatunki drobnoustrojów występują w różnych rodzajach skorupy. „Różne rodzaje skał i różne rodzaje chemii powinny skutkować różnymi rodzajami drobnoustrojów” - mówi Andreas Teske, głębinowy ekolog drobnoustrojów z University of North Carolina w Chapel Hill i współautor artykułu Lever. Grzbiet Juan de Fuca jest stosunkowo gorącym obszarem pełnym nowych skał, które zwykle składają się z bardziej reaktywnych minerałów, a tym samym mogą zapewnić więcej energii. Inne części skorupy są starsze, składają się z różnych minerałów i są chłodniejsze. W niektórych regionach natleniona woda dociera do pęknięć.
To infiltrująca woda morska powstrzymuje ten ekosystem pod dnem morskim przed istnieniem na zupełnie innej płaszczyźnie niż nasza natleniona. „Skorupa odgrywa znaczącą rolę w wpływie na skład chemiczny oceanu i atmosfery, ostatecznie wpływając na cykle na Ziemi”, mówi Lever . Niektóre związki powstałe ze skał oceanicznych drobnoustrojów ze skały są rozpuszczalne w wodzie i ostatecznie dostaną się do oceanu. Na przykład siarka jest obecna w magmie - ale kiedy mikroby wykorzystają ją do energii, przekształca się w siarczan. Potem rozpuszcza się i staje się ważnym składnikiem odżywczym w łańcuchu pokarmowym oceanu.
Odkrycie dźwigni społeczności drobnoustrojów w skorupie może katalizować społeczność naukową do odpowiedzi na te pytania. Na przykład, jakie rodzaje drobnoustrojów można znaleźć, gdzie wchodzą w interakcje poprzez wzajemnie powiązane pęknięcia w skale i jaką rolę odgrywają w obiegu minerałów i składników odżywczych? W pewnym sensie jest to bardzo podstawowa praca badawcza. „Wiele z tego, co robimy na dnie morskim, jest podobne do tego, co robimy teraz na Marsie”, mówi Huber. „Kontrolowanie ciekawości jest bardzo podobne do prowadzenia ROV pod oceanem”.
Dowiedz się więcej o głębokim morzu z Smithsonian's Ocean Portal.
