Jos törmäisit merenpohjaan ja jatkat matkaa alas, joudut ekosysteemiin toisin kuin mikään muu maan päällä. Useiden satojen metrien merenpohjan sedimentin alla on maankuori: paksut laavakivikerrokset, jotka kulkevat halkeamien kanssa, jotka peittävät noin 70% planeetan pinnasta. Merivesi virtaa halkeamien läpi, ja tämä kallioihin sitoutuneiden juontojen järjestelmä on valtava: se on maan päällä suurin pohjavesikerros, joka sisältää 4% maailman valtameren tilavuudesta, sanoo ekologi Mark Lever, joka tutkii Århusin anaerobista (ei happea) hiilipyöräilyä Tanskan yliopisto.
Merenpohjan kuori voi olla myös suurin ekosysteemi maan päällä, Leverin tässä kuussa Science julkaistun uuden tutkimuksen mukaan julkaistaan. Seitsemän vuoden ajan hän inkuboi 3, 5 miljoonan vuoden vanhaa basalttikiviä, joka oli kerätty 565 metristä merenpohjan alapuolelta - melkein kahden pinotun Eiffel-tornin syvyyteen - ja löysi eläviä mikrobeja. Nämä mikrobit elävät kaukana kukoistavista bakteereja edustavista yhteisöistä valtameren puolivälissä ja selviävät palamalla rikkiä ja muita mineraaleja hitaasti energiaksi.
Mutta kuinka suuri on tämä kemiallisesti toimiva ekosysteemi, joka selviää kokonaan ilman happea? Jos hänen näytteistään, joka on kerätty Washingtonin osavaltion rannikon alapuolelta merenpohjasta, saadaan samanlaisia kuin kaikkialla planeetalla löytyneitä, niin monimuotoiset mikrobiyhteisöt voisivat selviytyä koko valtameren kuoressa peittäen kaksi kolmasosaa maapallon pinnasta ja mahdollisesti kulkevan mailia syvä.
Merenpohjan kuoressa on runsaasti tilaa ja runsaasti energiaa sisältäviä mineraaleja - kutsuva potentiaalinen elinympäristö suurelle mikrobiyhteisölle - "mutta meillä ei ole aavistustakaan siitä, miltä ekosysteemi näyttää", sanoo Meriebologian laboratorion mikrobivaltameri-tutkija Julie Huber. kaupungissa: Woods Hole, Massachusetts. "Markin todisteet osoittavat sen olevan hyvin erilainen maailma."
Mikrobit, jotka saavat energiansa mineraaleista eikä auringonvalosta, ovat kaukana harvinaisista. Tunnetuimpia näistä ns. Kemoautotrofisista tai kemosynteettistä bakteereista ovat bakteerit, jotka löytyvät syvänmeren hydrotermisistä aukkoista. Jotkut näistä bakteereista elävät symbioottisesti jättiläisputkien, simpukoiden ja simpukoiden kanssa tarjoamalla kemiallisesti tuotettua energiaa näille suuremmille organismeille, kun ne "hengittävät" tuuletusaukosta purkautuvaa rikkipitoista vettä - toisin kuin miten kasvit muuntavat auringonvalon pinnan energiaksi. Kemosynteettisiä mikrobeja löytyy myös mätänemästä ja happea heikosta suo-soiden, mangrove- ja meriheinänsuojasta - "Missä tahansa paikassa sinulla on haisevaa mustaa mutaa, sinulla voi olla kemoautotrofia", kertoo Pennsylvanian syvänmeren biologi Chuck Fisher. Valtion yliopisto, College Park.
Leverin merenpohjan mikrobit eroavat kuitenkin siitä, että ne eivät käytä lainkaan happea. Hydrotermisissä tuuletusaukoissa olevia symbioottisia bakteereita kuvataan usein "elämäksi ilman auringonvaloa", mutta ne riippuvat silti epäsuorasti auringonvalosta käyttämällä auringon tuottamaa happea kemiallisessa reaktiossa energian tuottamiseksi. Suolamuohojen kemosynteettiset mikrobit ravitsevat hajoavista kasveista ja eläimistä, jotka saivat energiansa auringonvalosta. Jopa syvänmeren sedimentti kerääntyy kuolleiden eläinten, kasvien, mikrobien ja fekaattipellettien valikoimaan, joka riippuu kevyestä energiasta.
Toisaalta valtamerenkuoren mikrobit luottavat täysin happea sisältämättömiin molekyyleihin, jotka ovat peräisin kivestä ja poistettu kokonaan fotosynteesistä, kuten sulfaatti, hiilidioksidi ja vety. "Siinä mielessä se on rinnakkainen maailmankaikkeus, koska se toimii erityyppisellä energialla", Lever sanoo. Nämä molekyylit tuottavat paljon vähemmän energiaa kuin happi, jolloin syntyy eräänlainen mikrobien hidas ruuan liikkuvuus. Joten sen sijaan, että jakautuisi ja kasvaisi nopeasti kuten monet happea sisältävät bakteerit, Fisher epäilee, että maapallonkuoressa olevat mikrobit voivat jakaa kerran sata tai tuhat vuotta.
Hydroterminen tuuletusaukko, peitetty putkimatoilla, kiertää mustan rikkin savua Juan de Fuca -harjanteella. Merelliset kuoremikrobit kerättiin satoja metrejä merenpohjan alla saman harjanteen alla. (Kuva Washingtonin yliopiston kautta; NOAA / OAR / OER) Mutta vain koska ne ovat hitaita, ei tarkoita heidän olevan harvinaisia. "On paljon tietoa siitä, että pinnan alla on suuri, erittäin tuottava biosfääri", Fisher sanoo.
Lisäksi mikrobipopulaatiokoot kuoren eri alueilla voivat vaihdella suuresti, Huber toteaa. Kuoren halkeamien välissä löydettyä nestettä koskevilla tutkimuksillaan hän kertoo, että joillain alueilla neste sisältää suunnilleen saman määrän mikrobeja kuin tavallinen syvänmeren vesi, jota kerätään 4000 metrin (2, 5 mailin) syvyydessä: noin 10 000 mikrobia soluja millilitrassa. Muilla alueilla, kuten Tyynen valtameren Juan de Fuca -harjanteella, jolla Lever löysi mikrobit, soluja on vähemmän, noin 8000 mikrobia millilitrassa. Ja muilla alueilla, kuten happea sisältämättömissä nesteissä, jotka ovat syvällä hydrotermisissä tuuletusaukkoissa, voi olla noin 10 kertaa enemmän.
Ei vain mikrobien lukumäärä vaihtelee sijainnista riippuen - on mahdollista, että erilaisia mikrobilajeja löytyy erityyppisistä kuorista. "Erityyppisten kivi- ja erityyppisten kemikaalien tulisi johtaa erityyppisiin mikrobeihin", sanoo Pohjois-Carolinan yliopiston Chapel Hillin syvänmeren mikrobiekologi Andreas Teske ja Leverin kirjan kirjoittaja. Juan de Fuca -harju on suhteellisen kuuma alue, joka purskuu uudella kivillä, joka on yleensä valmistettu reaktiivisemmista mineraaleista ja pystyy siten tuottamaan enemmän energiaa. Muut kuoren osat ovat vanhempia, koostuvat eri mineraaleista ja viileämpiä. Ja joillakin alueilla hapettunut vesi pääsee halkeamiin.
Juuri tämä tunkeutuva merivesi pitää tämän merenpohjan ekosysteemin olemassa olevalta täysin erillisellä tasolla hapettuneesta. "Kuorella on merkittävä vaikutus valtameren ja ilmakehän kemialliseen koostumukseen vaikuttaen viime kädessä maan kiertoon", Lever sanoo . Jotkut yhdistelmistä, jotka kalliobakteerit ovat merenpohjaisten kuorimikrobien luomia, ovat vesiliukoisia ja lopulta tulevat valtamereen. Esimerkiksi rikki on läsnä magmassa - mutta sen jälkeen kun mikrobit käyttävät sitä energiaan, se muuttuu sulfaatiksi. Sitten se liukenee ja tulee tärkeäksi ravintoaineeksi valtameren ravintoketjussa.
Leverin löytämä mikrobiyhteisöstä kuoressa voisi katalysoida tiedeyhteisöä vastaamaan näihin kysymyksiin. Esimerkiksi, millaisia mikrobeja löytyy missä ne ovat vuorovaikutuksessa kiviin liittyvien toisiinsa liittyvien halkeamien kautta ja mikä rooli niillä on mineraalien ja ravinteiden pyöräilyssä? Tietyllä tavalla se on hyvin perustutkimustoimintaa. "Paljon mitä teemme merenpohjalla, on samanlainen kuin mitä teemme tällä hetkellä Marsilla", Huber sanoo. "Curiosityn hallinta on hyvin samanlainen kuin ROV: n käyttö valtameren alla."
Lisätietoja syvänmerestä Smithsonian's Ocean Portalista.
