Если вы попадете на морское дно и продолжите движение вниз, вы столкнетесь с экосистемой, отличной от любой другой на земле. Под несколькими сотнями метров морского дна находится земная кора: толстые слои лавовых камней с трещинами, покрывающими около 70% поверхности планеты. Морская вода течет через трещины, и эта система связанных с камнями ручьев огромна: это самый большой водоносный горизонт на Земле, содержащий 4% мирового объема океана, говорит Марк Левер, эколог, изучающий анаэробный (без кислорода) круговорот углерода в Орхусе Университет в Дании.
Согласно новому исследованию Lever, опубликованному в этом месяце в журнале Science, кора морского дна также может быть самой крупной экосистемой на Земле. В течение семи лет он инкубировал 3, 5 млн. Лет назад базальтовую породу, собранную с 565 метров ниже дна океана - на глубине почти двух эйфелевых башен, расположенных в штабелях, - и нашел живых микробов. Эти микробы живут далеко от процветающих бактериальных сообществ на срединно-океанических хребтах и выживают, медленно превращая серу и другие минералы в энергию.
Но насколько велика эта химически поддерживаемая экосистема, которая выживает полностью без кислорода? Если результаты его образца, собранного из-под морского дна у побережья штата Вашингтон, аналогичны результатам, найденным по всей планете, то различные микробные сообщества могут выжить по всей океанской коре, покрывая две трети поверхности Земли и потенциально миль глубиной.
В коре подводного дна много места и минералов, богатых энергией - это потенциальная среда обитания для большого сообщества микробов - «но мы понятия не имеем, как выглядит экосистема», - говорит Джули Хубер, океанограф-микроб из Морской биологической лаборатории. в Вудс Хоул, штат Массачусетс. «Доказательства Марка указывают на то, что это совсем другой мир».
Микробы, которые получают свою энергию от минералов, а не от солнечного света, далеко не редки. Наиболее известными из этих так называемых хемоавтотрофных или хемосинтетических бактерий являются бактерии, обнаруженные в гидротермальных жерлах глубокого моря. Некоторые из этих бактерий симбиотически живут с гигантскими трубными червями, мидиями и моллюсками, обеспечивая химически произведенную энергию этим более крупным организмам, когда они «дышат» богатой серой водой, выходящей из жерла, - мало чем отличается от того, как растения преобразуют солнечный свет в энергию на поверхности. Хемосинтетические микробы также обнаруживаются в гниющей и бедной кислородом грязи соляных болот, мангровых зарослей и грядок морских водорослей - «в любом месте, где у вас вонючая черная грязь, у вас может быть хемоавтотрофия», - говорит Чак Фишер, глубоководный биолог в Пенсильвании. Государственный университет в Колледж Парке.
Но что отличает микробов морского дна от Lever, так это то, что они вообще не используют кислород. Симбиотические бактерии в гидротермальных жерлах часто описываются как «жизнь без солнечного света», но они все еще полагаются на солнечный свет косвенно, используя произведенный солнцем кислород в химической реакции для производства энергии. Хемосинтетические микробы в солончаках питаются разлагающимися растениями и животными, которые получают энергию от солнечного света. Даже глубоководный осадок накапливается из ассортимента мертвых животных, растений, микробов и фекальных гранул, который зависит от световой энергии.
Микробы океанической коры, с другой стороны, полностью полагаются на не содержащие кислород молекулы, полученные из породы и полностью удаленные из фотосинтеза, такие как сульфат, углекислый газ и водород. «В этом смысле это параллельная вселенная в том смысле, что она работает на энергии другого типа», - говорит Левер. Эти молекулы обеспечивают гораздо меньше энергии, чем кислород, создавая своего рода микробное медленное движение пищи. Поэтому вместо того, чтобы делиться и быстро расти, как многие бактерии на основе кислорода, Фишер подозревает, что микробы в земной коре могут делиться раз в сто или тысячу лет.
Гидротермальный жерл, покрытый трубными червями, извергает черный серный дым на хребет Хуан-де-Фука. Микробы океанической коры были собраны в сотнях метров под морским дном под этим самым гребнем. (Фото через Университет штата Вашингтон; NOAA / OAR / OER) Но то, что они медленные, не означает, что они необычны. «Существует много данных о том, что под поверхностью находится большая, очень продуктивная биосфера», - говорит Фишер.
Кроме того, Хьюбер отмечает, что размеры микробных популяций в разных областях земной коры могут сильно различаться. В своих исследованиях жидкости, обнаруженной между трещинами в коре, она говорит, что в некоторых областях жидкость содержит примерно такое же количество микробов, что и стандартная глубоководная вода, собранная на глубинах океана 4000 метров (2, 5 мили): около 10000 микробов. клеток на миллилитр. В других регионах, таких как хребет Хуана де Фука в Тихом океане, где Левер обнаружил свои микробы, меньше клеток, около 8000 микробов на миллилитр. А в других регионах, таких как не насыщенная кислородом жидкость глубоко в гидротермальных жерлах, их может быть в 10 раз больше.
Это не просто количество микробов, которые варьируются в зависимости от местоположения - возможно, что разные виды микробов встречаются в разных видах коры. «Различные типы горных пород и различные типы химического состава должны приводить к различным типам микробов», - говорит Андреас Теске, глубоководный микробный эколог из Университета Северной Каролины в Чапел-Хилл и соавтор статьи Левер. Хребет Хуан-де-Фука - это относительно жаркая область, изобилующая новыми породами, которая, как правило, состоит из более активных минералов и, таким образом, способна обеспечить больше энергии. Другие части коры старше, состоят из разных минералов и более холодные. А в некоторых регионах насыщенная кислородом вода доходит до трещин.
Именно эта проникающая морская вода удерживает эту подводную экосистему от существования на совершенно отдельной плоскости от нашей насыщенной кислородом. «Корка играет важную роль в влиянии на химический состав океана и атмосферы, в конечном итоге влияя на циклы на Земле», - говорит Левер . Некоторые из соединений, создаваемых микробами океанической коры из горных пород, растворимы в воде и в конечном итоге попадут в океан. Сера, например, присутствует в магме, но после того, как микробы используют ее для производства энергии, она превращается в сульфат. Затем он растворяется и становится важным питательным веществом в пищевой цепи океана.
Находка Рычагом микробного сообщества в коре может побудить научное сообщество ответить на эти вопросы. Например, какие виды микробов находятся там , где они взаимодействуют через взаимосвязанные трещины в скале и какую роль они играют в круговороте минералов и питательных веществ? В некотором смысле, это очень простая исследовательская работа. «Многое из того, что мы делаем на морском дне, похоже на то, что мы делаем сейчас на Марсе», - говорит Хубер. «Управление любопытством очень похоже на управление ROV под океаном».
Узнайте больше о глубоком море от Океанского портала Смитсоновского института.
