Als je de zeebodem zou raken en naar beneden zou blijven reizen, zou je een ecosysteem tegenkomen als geen ander op aarde. Onder enkele honderden meters zeebodemsediment bevindt zich de aardkorst: dikke lagen lavasteen met scheuren die ongeveer 70% van het oppervlak van de planeet bedekken. Zeewater stroomt door de kieren, en dit systeem van rotsgebonden beekjes is enorm: het is de grootste watervoerende laag op aarde, met 4% van het wereldwijde oceaanvolume, zegt Mark Lever, een ecoloog die anaërobe (geen zuurstof) koolstofcycli in Aarhus bestudeert Universiteit in Denemarken.
De korst onder de zeebodem is misschien ook het grootste ecosysteem op aarde, volgens een nieuwe studie van Lever, deze maand gepubliceerd in Science . Gedurende zeven jaar incubeerde hij 3, 5 miljoen jaar oude basaltrots verzameld op 565 meter onder de oceaanbodem - de diepte van bijna twee gestapelde Eiffeltorens - en vond levende microben. Deze microben leven ver weg van de bloeiende bacteriegemeenschappen in midden-oceaanruggen en overleven door langzaam zwavel en andere mineralen in energie om te zetten.
Maar hoe groot is dit chemisch aangedreven ecosysteem dat volledig zonder zuurstof overleeft? Als de resultaten van zijn monster, verzameld van onder de zeebodem voor de kust van de staat Washington, vergelijkbaar zijn met die gevonden over de planeet, dan zouden verschillende microbiële gemeenschappen kunnen overleven in de korst van de oceaan, die tweederde van het aardoppervlak beslaan en mogelijk gaan mijl diep.
De korst onder de zeebodem heeft veel ruimte en energierijke mineralen - een welkome potentiële habitat voor een grote microbiële gemeenschap - "maar we hebben geen idee hoe het ecosysteem eruit ziet", zegt Julie Huber, een microbiële oceanograaf bij het Marine Biological Laboratory in Woods Hole, Massachusetts. "Marks bewijs zou erop wijzen dat het een heel andere wereld is."
Microben die hun energie uit mineralen halen in plaats van uit zonlicht, zijn verre van zeldzaam. De meest bekende van deze zogenaamde chemoautotrofe of chemosynthetische bacteriën zijn die gevonden bij hydrothermische openingen in de diepzee. Sommige van deze bacteriën leven symbiotisch met gigantische tubeworms, mosselen en kokkels en leveren chemisch geproduceerde energie aan deze grotere organismen terwijl ze het zwavelrijke water dat uit de ventilatieopening "ademt" - niet anders dan hoe planten zonlicht aan het oppervlak omzetten in energie. Chemosynthetische microben worden ook gevonden in de rottende en zuurstofarme modder van kwelders, mangroven en zeegrasbedden - "overal waar je stinkende zwarte modder hebt, kun je chemoautotrofie krijgen", zegt Chuck Fisher, een diepzeebioloog in Pennsylvania Staatsuniversiteit in College Park.
Maar wat Lever's microben onder de zeebodem anders maakt, is dat ze helemaal geen zuurstof gebruiken. De symbiotische bacteriën bij hydrothermische ventilatieopeningen worden vaak beschreven als 'leven zonder zonlicht', maar ze vertrouwen nog steeds indirect op zonlicht door in de chemische reactie door de zon geproduceerde zuurstof te gebruiken om energie op te wekken. Chemosynthetische microben in kwelders voeden zich met ontbindende planten en dieren, die hun energie uit zonlicht halen. Zelfs diepzeesediment wordt verzameld uit een assortiment van dode dieren, planten, microben en fecale pellets die afhankelijk zijn van lichtenergie.
De oceanische korstmicroben daarentegen vertrouwen volledig op niet-zuurstofbevattende moleculen afgeleid van gesteente en volledig verwijderd uit fotosynthese, zoals sulfaat, koolstofdioxide en waterstof. "In die zin is het een parallel universum, in die zin dat het op een ander soort energie draait", zegt Lever. Deze moleculen leveren veel minder energie dan zuurstof, waardoor een soort microbiële slow food-beweging ontstaat. Dus in plaats van zich te delen en snel te groeien zoals veel op zuurstof gebaseerde bacteriën, vermoedt Fisher dat microben in de aardkorst zich eens in de honderd of duizend jaar kunnen delen.
Een hydrothermische opening, bedekt met buiswormen, spuit zwarte zwavelrook op de Juan de Fuca-bergkam. De oceanische korstmicroben werden honderden meters verzameld onder de zeebodem onder dezelfde rand. (Foto via University of Washington; NOAA / OAR / OER) Maar alleen omdat ze langzaam zijn, betekent niet dat ze ongewoon zijn. "Er zijn veel gegevens dat er een grote, zeer productieve biosfeer onder de oppervlakte is", zegt Fisher.
Bovendien kunnen microbiële populatiegroottes in verschillende delen van de korst enorm variëren, merkt Huber op. Door haar onderzoek naar de vloeistof die wordt gevonden tussen de scheuren in de korst, zegt ze dat de vloeistof in sommige gebieden ongeveer hetzelfde aantal microben bevat als standaard diepzeewater verzameld op oceaandieptes van 4000 meter (2, 5 mijl): ongeveer 10.000 microbiële cellen per milliliter. In andere regio's, zoals bij de Juan de Fuca Ridge in de Stille Oceaan, waar Lever zijn microben vond, zijn er minder cellen, ongeveer 8.000 microben per milliliter. En in andere regio's, zoals in niet-geoxygeneerde vloeistof diep in hydrothermische openingen, kan er ongeveer 10 keer meer zijn.
Het is niet alleen het aantal microben dat varieert afhankelijk van de locatie - het is mogelijk dat verschillende microbiële soorten in verschillende soorten korst worden gevonden. "Verschillende soorten gesteente en verschillende soorten chemie zouden moeten resulteren in verschillende soorten microben, " zegt Andreas Teske, een diepzee microbiële ecoloog aan de Universiteit van North Carolina in Chapel Hill en co-auteur op Lever's papier. De Juan de Fuca-bergrug is een relatief heet gebied dat barst van nieuw gesteente, dat meestal is gemaakt van meer reactieve mineralen en dus in staat is om meer energie te leveren. Andere delen van de korst zijn ouder, samengesteld uit verschillende mineralen en koeler. En in sommige regio's reikt zuurstofrijk water tot aan de scheuren.
Het is dit infiltrerende zeewater dat ervoor zorgt dat dit ecosysteem onder de zeebodem niet bestaat op een volledig gescheiden vlak van ons zuurstofrijk. "De korst speelt een belangrijke rol bij het beïnvloeden van de chemische samenstelling van de oceaan en de atmosfeer, en uiteindelijk bij het beïnvloeden van cycli op aarde", zegt Lever . Sommige van de verbindingen die worden gecreëerd door oceanische korstmicroben uit steen zijn in water oplosbaar en komen uiteindelijk in de oceaan terecht. Zwavel is bijvoorbeeld aanwezig in magma, maar nadat de microben het voor energie gebruiken, wordt het omgezet in sulfaat. Dan lost het op en wordt een belangrijke voedingsstof in de voedselketen in de oceaan.
De vondst van Lever van een microbiële gemeenschap in de korst zou de wetenschappelijke gemeenschap kunnen katalyseren om deze vragen te beantwoorden. Wat voor soort microben worden bijvoorbeeld gevonden , werken ze samen via onderling verbonden scheuren in de rots, en welke rol spelen ze in het recyclen van mineralen en voedingsstoffen? In sommige opzichten is het heel eenvoudig verkennend werk. "Veel van wat we op de zeebodem doen, is vergelijkbaar met wat we nu op Mars doen", zegt Huber. "Het beheersen van nieuwsgierigheid lijkt erg op het bedienen van een ROV onder de oceaan."
Meer informatie over de diepe zee vindt u op de Ocean Portal van het Smithsonian.
