Hvis du skulle ramme havbunden og fortsætte med at rejse ned, ville du løbe ind i et økosystem i modsætning til noget andet på jorden. Under adskillige hundrede meter bundbund af bundbund ligger jordskorpen: tykke lag lavaberg, der løber med revner, der dækker omkring 70% af planetens overflade. Havvand strømmer gennem revnerne, og dette system med bundne klinker er enormt: det er den største akvifer på jorden, der indeholder 4% af det globale havvolumen, siger Mark Lever, en økolog, der studerer anaerob kulstofcykling i Aarhus Universitet i Danmark.
Undergrundbundskorpen kan også være det største økosystem på jorden, ifølge en ny undersøgelse fra Lever, der blev offentliggjort denne måned i Science . I syv år inkuberede han 3, 5 millioner år gammel basaltsten opsamlet fra 565 meter under havbunden - dybden på næsten to stablede Eiffeltårne - og fandt levende mikrober. Disse mikrober lever langt væk fra de blomstrende bakteriesamfund ved bjergene i havet og overlever ved langsomt at skære svovl og andre mineraler til energi.
Men hvor stort er dette kemisk drevne økosystem, der overlever helt uden ilt? Hvis resultaterne fra hans prøve, indsamlet nedenunder havbunden ved kysten af Washington-staten, ligner dem, der findes over hele planeten, kunne forskellige mikrobielle samfund overleve i hele havskorpen, der dækker to tredjedele af jordoverfladen og potentielt gå miles dyb.
Undergrundbundskorpen har masser af plads og energirige mineraler - et indbydende potentielt levested for et stort mikrobielt samfund - ”men vi har ingen idé om, hvordan økosystemet ser ud, ” siger Julie Huber, en mikrobiel oceanograf ved Marine Biologisk Laboratorium i Woods Hole, Massachusetts. ”Markus beviser tyder på, at det er en meget anden verden.”
Mikrober, der får deres energi fra mineraler snarere end fra sollys, er langt fra sjældne. De mest kendte af disse såkaldte kemoautotrofe eller kemosyntetiske bakterier er dem, der findes ved hydrotermiske åbninger i dybhavet. Nogle af disse bakterier lever symbiotisk med gigantiske rørorme, muslinger og muslinger, som leverer kemisk produceret energi til disse større organismer, når de "indånder" det svovlrige vand, der bryder ud fra udluftningen - ikke i modsætning til hvordan planter omdanner sollys til energi på overfladen. Kemosyntetiske mikrober findes også i den rådne og iltfattige muck af saltmyrer, mangrover og havgræsbede - “ethvert sted, hvor du har en stinkende sort mudder, kan du få kemoautotrofi, ” siger Chuck Fisher, en dybhavsbiolog i Pennsylvania State University i College Park.
Men hvad der gør Lever's undergrundbundne mikrober forskellige er, at de slet ikke bruger ilt. De symbiotiske bakterier ved hydrotermiske ventilationsåbninger beskrives ofte som "liv uden sollys", men de er stadig afhængige af sollys indirekte ved at bruge solproduceret ilt i den kemiske reaktion til at generere energi. Kemosyntetiske mikrober i salt marsk lever af nedbrydende planter og dyr, som fik deres energi fra sollys. Selv dybhavsediment akkumuleres fra et udvalg af døde dyr, planter, mikrober og fækale pellets, der er afhængige af lysenergi.
Oceanskorpsmikroberne på den anden side er helt afhængige af ikke-iltholdige molekyler afledt af sten og fjernet fuldstændigt fra fotosyntesen, såsom sulfat, kuldioxid og brint. "I den forstand er det et parallelt univers, idet det kører på en anden type energi, " siger Lever. Disse molekyler giver meget mindre energi end ilt, hvilket skaber en slags mikrobiel langsom madbevægelse. Så i stedet for at dele sig og vokse hurtigt som mange iltbaserede bakterier, har Fisher mistanke om, at mikrober i jordskorpen kan dele sig hvert hundrede eller tusind år.
En hydrotermisk udluftning, dækket med rørorm, spytter sort svovlrøg på Juan de Fuca Ridge. Oceanisk skorpemikrober blev samlet hundreder af meter under havbunden under denne samme kam. (Foto via University of Washington; NOAA / OAR / OER) Men bare fordi de er langsomme, betyder det ikke, at de er usædvanlige. ”Der er masser af data om, at der er en stor, meget produktiv biosfære under overfladen, ” siger Fisher.
Derudover kan mikrobielle bestandstørrelser i forskellige områder af skorpen variere meget, bemærker Huber. Gennem sine undersøgelser af væsken, der findes mellem revnerne i skorpen, siger hun, at væsken i nogle områder indeholder omtrent det samme antal mikrober som standard dybhavsvand opsamlet på havdybder på 4.000 meter (2.5 miles): omkring 10.000 mikrobielt celler pr. ml. I andre regioner, såsom ved Juan de Fuca Ridge i Stillehavet, hvor Lever fandt sine mikrober, er der færre celler, omkring 8.000 mikrober pr. Milliliter. Og i andre regioner, såsom i ikke-oxygeneret væske dybt inde i hydrotermiske ventilationsåbninger, kan der være ca. 10 gange mere.
Det er ikke kun antallet af mikrober, der varierer afhængigt af placeringen - det er muligt, at forskellige mikrobielle arter findes i forskellige typer skorpe. ”Forskellige typer rock og forskellige typer kemi bør resultere i forskellige typer mikrober, ” siger Andreas Teske, en mikrobiel dybhavsøkolog ved University of North Carolina i Chapel Hill og medforfatter på Lever's papir. Juan de Fuca Ridge er et relativt varmt område, der spækker med ny sten, som har en tendens til at være lavet af mere reaktive mineraler og således er i stand til at give mere energi. Andre dele af skorpen er ældre, sammensat af forskellige mineraler og køligere. Og i nogle regioner når oxygeneret vand ned til revnerne.
Det er dette infiltrerende havvand, der holder dette økosystem under havbunden i at eksistere i et helt separat plan fra vores iltede. ”Skorpen spiller en betydelig rolle i at påvirke den kemiske sammensætning af havet og atmosfæren og i sidste ende påvirke cyklusserne på jorden, ” siger Lever . Nogle af forbindelserne, der er skabt af oceaniske skorpemikrober fra sten, er vandopløselige og vil til sidst komme ind i havet. For eksempel findes svovl i magma - men efter at mikroberne bruger det til energi omdannes det til sulfat. Derefter opløses det og bliver et vigtigt næringsstof i havets fødekæde.
Lever's fund af et mikrobielt samfund i skorpen kunne katalysere det videnskabelige samfund til at besvare disse spørgsmål. For eksempel, hvilke typer mikrober findes hvor , interagerer de gennem sammenkoblede revner i klippen, og hvilken rolle spiller de i mineral- og næringsstofcykling? På nogle måder er det meget grundlæggende efterforskningsarbejde. ”Meget af det, vi laver på havbunden, ligner det, vi laver på Mars lige nu, ” siger Huber. ”At kontrollere nysgerrighed svarer meget til at betjene en ROV under havet.”
Lær mere om dybhavet fra Smithsonian's Ocean Portal.
