Onder het groene oppervlak en de organisch rijke grond, leven strekt zich kilometers uit in de diepe rotsachtige korst van de aarde. De continentale diepe ondergrond is waarschijnlijk een van de grootste reservoirs van bacteriën en archaea op aarde, veel vormen biofilms, zoals een microbiële coating van het rotsoppervlak. Deze microbiële populatie overleeft zonder licht of zuurstof en met minimale organische koolstofbronnen, en kan energie krijgen door mineralen te eten of in te ademen. Verdeeld over de diepe ondergrond, deze biofilms zouden volgens de meest recente schatting 20-80% van de totale bacteriële en archaeale biomassa in de continentale ondergrond kunnen vertegenwoordigen. Maar zijn deze microbiële populaties gelijkmatig verdeeld over rotsoppervlakken, of koloniseren ze liever bepaalde mineralen in de rotsen?

Om deze vraag te beantwoorden, onderzoekers van de Northwestern University in Evanston, Illinois, leidde een onderzoek om de groei en verspreiding van microbiële gemeenschappen in diepe continentale ondergrondse omgevingen te analyseren. Dit werk laat zien dat de minerale samenstelling van het gastgesteente de distributie van biofilm stimuleert, het produceren van "hotspots" van microbieel leven. De studie is gepubliceerd in Grenzen in de microbiologie.

Hotspots van microbieel leven

Om dit onderzoek te realiseren, de onderzoekers gingen 1,5 kilometer onder het oppervlak in de Deep Mine Microbial Observatory (DeMMO), gehuisvest in een voormalige goudmijn die nu bekend staat als de Sanford Underground Research Facility (SURF), gevestigd in Lood, Zuid Dakota. Daar, ondergronds, de onderzoekers kweekten biofilms op inheemse rotsen die rijk zijn aan ijzer- en zwavelhoudende mineralen. Na zes maanden, analyseerden de onderzoekers de microbiële samenstelling en fysieke kenmerken van nieuw gegroeide biofilms, evenals de distributies met behulp van microscopie, spectroscopie en ruimtelijke modelleringsbenaderingen.

De ruimtelijke analyses van de onderzoekers brachten hotspots aan het licht waar de biofilm dichter was. Deze hotspots correleren met ijzerrijke minerale korrels in de rotsen, het benadrukken van enkele minerale voorkeuren voor biofilmkolonisatie. "Onze resultaten demonstreren de sterke ruimtelijke afhankelijkheid van biofilmkolonisatie van mineralen in rotsoppervlakken. We denken dat deze ruimtelijke afhankelijkheid te wijten is aan microben die hun energie halen uit de mineralen die ze koloniseren." legt Caitlin Casar uit, eerste auteur van de studie.

Toekomstig onderzoek

Allemaal samen, deze resultaten tonen aan dat mineralogie van het gastheergesteente een belangrijke aanjager is van de distributie van biofilm, die zouden kunnen helpen bij het verbeteren van schattingen van de microbiële distributie van de diepe continentale ondergrond van de aarde. Maar toonaangevende intraterrestrische studies kunnen ook andere onderwerpen informeren. "Onze bevindingen kunnen de bijdrage van biofilms aan wereldwijde nutriëntencycli informeren, en hebben ook astrobiologische implicaties, aangezien deze bevindingen inzicht verschaffen in biomassaverdelingen in een analoog systeem van Mars", zegt Caitlin Casar.

Inderdaad, buitenaards leven zou kunnen bestaan ​​in vergelijkbare ondergrondse omgevingen waar de micro-organismen worden beschermd tegen zowel straling als extreme temperaturen. Mars, bijvoorbeeld, heeft een ijzer- en zwavelrijke samenstelling vergelijkbaar met de rotsformaties van DeMMO, waarvan we nu weten dat ze de vorming van microbiële hotspots onder de grond kunnen stimuleren.