https://frosthead.com

Mikrob dikebumikan dalam kerak lautan boleh membentuk ekosistem terbesar di dunia

Jika anda memukul lantai dasar dan teruskan ke bawah, anda akan mengalami ekosistem yang tidak seperti yang lain di bumi. Di bawah beberapa ratus meter sedimen laut adalah kerak bumi: lapisan tebal batu lava yang berlari dengan keretakan yang merangkumi sekitar 70% permukaan bumi. Air laut mengalir melalui retak, dan sistem rivulet terikat batu ini sangat besar: ia adalah akuifer terbesar di bumi, yang mengandungi 4% daripada jumlah lautan global, kata Mark Lever, seorang ahli ekologi yang mengkaji berbasikal karbon anaerobik (tanpa oksigen) di Aarhus Universiti di Denmark.

Kerak sub-dasar laut juga merupakan ekosistem terbesar di dunia, menurut kajian baru oleh Lever, yang diterbitkan bulan ini dalam Sains . Selama tujuh tahun, dia mengeram batu basalt berusia 3.5 juta tahun yang dikumpulkan dari 565 meter di bawah dasar lautan-kedalaman hampir dua menara Eiffel yang ditumpuk-dan menemui mikrob yang hidup. Mikrob ini hidup jauh dari komuniti bakteria yang berkembang pesat di rabung tengah laut, dan bertahan dengan perlahan-lahan memancarkan belerang dan mineral lain menjadi tenaga.

Tetapi berapa besar ekosistem yang berasaskan bahan kimia ini yang terselamat sepenuhnya tanpa oksigen? Sekiranya hasil daripada sampelnya, yang dikumpulkan dari bawah dasar laut di luar negeri Washington, adalah sama dengan yang terdapat di seluruh planet ini, maka masyarakat mikroba yang pelbagai boleh bertahan di sepanjang kerak lautan, yang meliputi dua pertiga permukaan bumi dan berpotensi batu dalam.

Kerangka sub-dasar laut mempunyai banyak ruang dan mineral yang kaya dengan tenaga-sebuah habitat yang boleh dihidupkan untuk komuniti mikrob besar- "tetapi kami tidak tahu apa yang kelihatan seperti ekosistem, " kata Julie Huber, seorang ahli laut mikrob di Makmal Biologi Laut di Woods Hole, Massachusetts. "Bukti Mark akan menunjukkan ia menjadi dunia yang sangat berbeza."

Mikroba yang mendapatkan tenaga mereka daripada mineral, bukannya dari cahaya matahari, jauh dari jarang berlaku. Yang paling terkenal dari bakteria chemoautotrophic atau chemosynthetic ini adalah yang terdapat di lubang hidrotermal di laut dalam. Sesetengah bakteria ini hidup secara simbiotik dengan cacing tubuh, kerang dan kerang, yang memberikan tenaga yang dihasilkan secara kimia kepada organisma-organisma yang lebih besar ketika mereka "menghirup" air yang kaya dengan belerang yang meletus dari lubang-tidak seperti bagaimana tumbuhan mengubah cahaya matahari menjadi tenaga di permukaan. Mikroskopik Chemosynthetic juga terdapat di dalam perut dan lembab rumput laut yang rusak dan oksigen, "tempat mana pun anda mempunyai lumpur hitam yang keruh, anda boleh mempunyai chemoautotrophy, " kata Chuck Fisher, ahli biologi laut di Pennsylvania State University di College Park.

Tetapi apa yang membuat mikrob sub-tanah sub-laut berbeza adalah bahawa mereka tidak menggunakan oksigen sama sekali. Bakteria simbiotik di lubang hidroterma sering digambarkan sebagai "hidup tanpa sinar matahari, " tetapi mereka masih bergantung pada cahaya matahari secara tidak langsung dengan menggunakan oksigen yang dihasilkan matahari dalam reaksi kimia untuk menghasilkan tenaga. Mikroskopik chemosynthetic dalam paya garam memakan pada tumbuhan dan haiwan yang mereput, yang mendapat tenaga mereka dari cahaya matahari. Malah, sedimen laut dalam terkumpul dari pelbagai haiwan mati, tumbuh-tumbuhan, mikroba dan pelet fecal yang bergantung pada tenaga cahaya.

Mikro kerak lautan, sebaliknya, bergantung sepenuhnya pada molekul yang mengandungi bukan oksigen yang diperoleh dari batuan dan dikeluarkan sepenuhnya dari fotosintesis, seperti sulfat, karbon dioksida dan hidrogen. "Dalam erti kata itu, alam semesta selari, kerana ia berjalan pada jenis tenaga yang berlainan, " kata Lever. Molekul-molekul ini memberikan banyak tenaga yang kurang daripada oksigen, mewujudkan sejenis pergerakan makanan lambat mikroba. Oleh itu, bukannya membahagikan dan berkembang dengan cepat seperti bakteria berasaskan oksigen, Fisher mengesyaki bahawa mikrob di kerak bumi boleh membahagikan sekali seratus atau seribu tahun.

A ventilasi hidrotermal Sebuah lubang hidroterma, ditutup dengan cacing tiub, menyembur asap belerang hitam di Juan de Fuca Ridge. Mikrob kerak lautan dikumpulkan beratus-ratus meter di bawah dasar laut di bawah rabung yang sama ini. (Gambar melalui University of Washington; NOAA / OAR / OER)

Tetapi hanya kerana mereka perlahan tidak bermakna mereka tidak biasa. "Terdapat banyak data yang terdapat biosfera yang sangat produktif di bawah permukaan, " kata Fisher.

Di samping itu, saiz populasi mikrob dalam pelbagai kawasan kerak mungkin berbeza-beza, kata Huber. Melalui kajiannya tentang cecair yang terdapat di antara keretakan di kerak, dia mengatakan bahawa di beberapa kawasan cecair mengandungi kira-kira bilangan mikroba yang sama seperti air laut dalam yang biasa dikumpulkan di kedalaman lautan 4.000 meter (sekitar 2.5 mil): sekitar 10, 000 mikroba sel per mililiter. Di kawasan lain, seperti di Juan de Fuca Ridge di Lautan Pasifik di mana Lever menemui mikrobnya, terdapat sel yang lebih sedikit, sekitar 8, 000 mikrob per mililiter. Dan di kawasan lain, seperti dalam cecair tanpa oksigen dalam lubang hidroterma, boleh terdapat sekitar 10 kali lebih banyak.

Ia bukan hanya bilangan mikrob yang berbeza-beza bergantung pada lokasi-mungkin ada spesies mikrob yang berbeza yang terdapat dalam pelbagai jenis kerak. "Berbagai jenis batu dan pelbagai jenis kimia harus menghasilkan pelbagai jenis mikroba, " kata Andreas Teske, seorang ahli ekologi mikrob dalam laut di University of North Carolina di Chapel Hill dan co-author pada kertas Lever. Juan de Fuca Ridge adalah kawasan yang agak panas yang penuh dengan batu baru, yang cenderung terbuat daripada mineral yang lebih reaktif dan dengan itu mampu memberikan lebih banyak tenaga. Bahagian lain kerak lebih tua, terdiri daripada mineral yang berbeza, dan lebih sejuk. Dan, di sesetengah kawasan, air beroksigen mencapai keretakan.

Ia adalah air laut yang menyusup yang menjadikan ekosistem sub-laut ini dari yang sedia ada pada satah yang sama sekali terpisah dari oksigen kita. "Kerak memainkan peranan penting dalam mempengaruhi komposisi kimia lautan dan atmosfera, akhirnya mempengaruhi kitaran di bumi, " kata Lever . Sebahagian daripada sebatian yang dihasilkan oleh mikrob kerak lautan dari batu adalah larut air, dan akhirnya akan memasuki lautan. Sulfur, sebagai contoh, hadir dalam magma-tetapi selepas mikrob menggunakannya untuk tenaga, ia ditukar kepada sulfat. Kemudian ia larut dan menjadi nutrisi penting dalam rantaian makanan laut.

Tinjauan mencari ahli komuniti mikrob dalam kerak boleh memangkin komuniti saintifik untuk menjawab soalan-soalan ini. Sebagai contoh, apa jenis mikroba yang terdapat di mana , adakah mereka berinteraksi melalui retak yang saling berhubungan di dalam batu, dan peranan apa yang mereka bermain dalam berbasikal mineral dan nutrien? Dalam beberapa cara, ia adalah kerja penyelidikan yang sangat asas. "Banyak yang kita lakukan di dasar laut adalah serupa dengan apa yang kita lakukan di Mars sekarang, " kata Huber. "Mengawal keingintahuan sangat mirip dengan mengendalikan ROV di bawah lautan."

Ketahui lebih lanjut mengenai laut dalam dari Portal Laut Smithsonian.

Mikrob dikebumikan dalam kerak lautan boleh membentuk ekosistem terbesar di dunia