Meer dan 10 mijl in het achterland van Yellowstone National Park, aan de rand van de caldera, leeft in een hooggelegen gemeenschap die zo divers is dat wetenschappers van de Montana State University het 'ongelooflijk, uniek en echt raar."

De gemeenschap van micro-organismen leeft in een saffierblauwe warmwaterbron 8, 600 voet boven de zeespiegel op de Continental Divide. Het is een poel waar vulkanische gassen opstijgen om zich te vermengen met gesmolten sneeuw en regenwater, een fenomeen dat zorgt voor een uitzonderlijk hoge mate van diversiteit, zei Dan Colman, assistent-onderzoeksprofessor bij de afdeling Microbiologie en Immunologie van het Landbouwcollege en het College van Letteren en Wetenschappen.

Colman vond meer microbiële biodiversiteit in een monster ter grootte van een duimnagel dan aanwezig is als men alle biodiversiteit van dieren en planten in Yellowstone zou combineren. Sommige waren Bacteriën en andere waren Archaea, twee van de drie domeinen van het leven, en minder dan de helft van hen was eerder gedetecteerd in hydrothermische systemen. Sommigen zijn misschien zelfs moderne verwanten van oude microben, mogelijk lessen over het leven op de vroege aarde en het potentieel voor leven op andere planeten.

"We denken dat dit werk een aantal vrij brede implicaties heeft die zich uitstrekken over verschillende disciplines, " zei Colman, hoofdauteur van een wetenschappelijk artikel waarin de bevindingen van MSU werden uitgelegd in de hete bron die bekend staat als Smoke Jumper 3 of SJ3.

Het artikel werd op 8 februari gepubliceerd in het online tijdschrift Natuurcommunicatie . Coauteurs waren universitair hoofddocent Eric Boyd en promovendus Melody Lindsay, zowel op de afdeling Microbiologie en Immunologie.

Boyd zei dat het artikel uniek is omdat het niet alleen de diversiteit beschrijft die te vinden is in een hete bron; het verklaart ook de voorwaarden waaronder die diversiteit zich heeft kunnen ontwikkelen en behouden.

"Veel mensen zijn geïnteresseerd in het ontdekken van diversiteit. Dat is het einddoel. Dat is bewonderenswaardig, ' zei Boyd. 'Wat Dan wilde weten, is waarom. Waarom hebben we zoveel diversiteit, en waarom zijn sommige bronnen diverser dan andere?"

Colman schrijft die diversiteit toe aan de unieke geochemie van het Smoke Jumper Geyser Basin, vooral SJ3. Hij zei dat SJ3 ongeveer de perfecte plek is om te beginnen te begrijpen hoe geologische processen leiden tot verhoogde vulkanische gassen in hydrothermische systemen en hoe dat, beurtelings, ondersteunt microbieel leven dat afhankelijk is van chemische energiebronnen in plaats van lichtenergie.

"We laten zien dat het te wijten is aan zijn geografische ligging en, laat staan, dat het bovenop een van 's werelds grootste actieve vulkanen ligt, " zei hij. "SJ3 ligt op grote hoogte op de Continental Divide, kenmerken die voorkomen dat diepe hydrothermale waterlagen dit gebied bereiken."

Colman zei dat SJ3 en andere soortgelijke bronnen worden gevoed door grote hoeveelheden vulkanische gassen die worden gegenereerd door het koken van hydrothermisch water terwijl ze naar de oppervlakte stijgen. Deze gassen kunnen zich vermengen met oppervlaktewateren, zoals recente regenval of gesmolten sneeuw.

Hij merkte op dat het vulkanische gas dat in SJ3 terechtkomt heel anders is dan de gassen die in onze atmosfeer aanwezig zijn doordat het geen zuurstof heeft. Liever, het vulkanische gas is verrijkt met waterstof, methaan en koolmonoxide, terwijl het water dat het infiltreert erg geoxideerd is, of rijk aan zuurstof. Het mengen van dergelijke verschillende soorten vloeistoffen verbetert waarschijnlijk de omstandigheden die het microbiële leven kunnen ondersteunen, wat leidt tot een grotere diversiteit en nieuwe kansen biedt om te profiteren van hun "gasachtige" omgeving.

SJ3 vergelijken met een buffet, Colman zei, "Net zoals een grotere verscheidenheid aan voedsel meer en verschillende soorten mensen aantrekt, dat geldt ook voor een hete bron die een verscheidenheid aan chemische omstandigheden biedt."

Dus waarom concentreerden de MSU-onderzoekers zich op deze specifieke hete bron terwijl Yellowstone 14, 000 warmwaterbronnen die ze hadden kunnen onderzoeken?

Al lang geïnteresseerd in de rol van waterstof bij het ondersteunen van microben die hun energie halen uit chemicaliën in plaats van licht, Boyd zei dat de warmwaterbronnen van Smoke Jumper en de andere warmwaterbronnen van het park in de jaren 1920 en vroege jaren 1930 werden onderzocht door wetenschappers van het Carnegie Institute of Washington. Ze publiceerden hun bevindingen in 1935, en later werk van de U.S. Geological Survey wees op bijzonder grote hoeveelheden vulkanisch gas in het Smoke Jumper Geyser Basin. Dit wetende, Boyd en vier anderen brachten in juli 2014 een dag door in Yellowstone, het verzamelen van monsters van SJ3 en drie nabijgelegen warmwaterbronnen.

"Alleen al kijken naar een hete bron zegt niet per se hoe biodivers die is, ' zei Boyd. 'Maar zodra we de pH van de lente hebben gemeten en andere metingen hebben gedaan, we wisten dat we een unieke lente proefden."

Colman zei dat het nog ongeveer drie jaar duurde om de genetische sequencing-tests uit te voeren en de resultaten te analyseren die de diversiteit van de microbiële gemeenschap aan het licht brachten. De meeste warmwaterbronnen bevatten een aantal soorten microbiële organismen. Deze bevatte vertegenwoordigers van bijna de helft van alle bekende groepen micro-organismen die op aarde leven, waaronder tientallen en tientallen ongecultiveerde archaeale en bacteriële lijnen.

"Bovendien, veel van de geslachten die we in SJ3 hebben gedetecteerd, hebben onlangs veel aandacht gekregen vanwege hun potentieel om informatie te verstrekken over de evolutie van methanogenese (de biologische aanmaak van methaan), naast voorheen onbekende soorten methanogenen, en diep vertakte microbiële afstammingslijnen geassocieerd met ondergrondse omgevingen en vele andere raadselachtige afstammingen, " zei Colman. "Het is waarschijnlijk dat aanvullende studies van dergelijke systemen en de intrigerende organismen erin aanvullende belangrijke inzichten in de microbiële ecologie zullen opleveren en een nieuw licht zullen werpen op hun rol in de evolutie van biogeochemische processen."