De overvloedige biologische en minerale diversiteit van de Rio Grande Rise, een onderzeese berg in de diepten van de Atlantische Oceaan ongeveer 1, 500 km van de kust van Brazilië, is waarschijnlijk te wijten, voor een groot deel, tot weinig bekende microscopisch kleine wezens.

Onderzoekers verbonden aan het Oceanografisch Instituut van de Universiteit van São Paulo (IO-USP), samenwerken met collega's van het Britse National Oceanography Centre, onderzocht de micro-organismen die de ferromangaankorsten van de zeebodem bewonen en concludeerde dat bacteriën en archaea waarschijnlijk verantwoordelijk zijn voor het in stand houden van het overvloedige lokale leven, naast dat het betrokken is bij het proces van biomineralisatie dat de metalen vormt die in de korsten aanwezig zijn.

Een artikel gepubliceerd in het tijdschrift Microbiële ecologie beschrijft de studie, die werd gefinancierd door FAPESP en de Britse Natural Environment Research Council (NERC).

In 2014, de International Seabed Authority (ISA) heeft Brazilië een 15-jarige subsidie ​​toegekend van exploitatierechten voor delfstoffen voor de Rio Grande Rise. Bestaande uit 167 lidstaten plus de Europese Unie, de ISA is op grond van het Verdrag van de Verenigde Naties inzake het recht van de zee gemandateerd om te organiseren, reguleren en controleren van alle mineraalgerelateerde activiteiten in het internationale zeebodemgebied, wat overeenkomt met ongeveer 50% van de totale oppervlakte van de wereldzeeën.

"Er is heel weinig bekend over de biodiversiteit van het gebied of over de impact van mijnbouw op de ecosystemen, " zei Vivian Pellizari, een professor bij IO-USP en hoofdonderzoeker voor de studie.

De studie maakte deel uit van een thematisch project ondersteund door FAPESP. Het artikel is een van de resultaten van de Ph.D. onderzoek van Natascha Menezes Bergo, momenteel een postdoctorale onderzoeksstagiair bij IO-USP.

"Hoewel het proces dat bekend staat als microbiële biomineralisatie bekend is, oxidatie en precipitatie van mangaan was niet bewezen, en we hadden geen idee hoe het gebeurde in oceaangebieden. In juli 2020, echter, een artikel van Amerikaanse onderzoekers werd gepubliceerd in Natuur voor het eerst aantonen dat bacteriën mangaan gebruiken om koolstofdioxide om te zetten in biomassa via een proces dat chemosynthese wordt genoemd, " zei Bergo, die in 2018 hebben deelgenomen aan het verzamelen van monsters op het Britse onderzoeksschip RRS Ontdekking .

"Een van deze bacteriën, die behoort tot de groep Nitrospirae, was aanwezig in de DNA-sequenties die we hebben geëxtraheerd uit korstmonsters die zijn verzameld bij de Rio Grande Rise. Dit is een sterk bewijs dat de metalen daar niet alleen door een geologisch proces worden gevormd, maar ook door een biologisch proces waarin micro-organismen een belangrijke rol spelen, " merkte ze op.

Naast ijzer en mangaan, de korsten zijn rijk aan kobalt, nikkel, molybdeen, niobium, platina, titaan en telluur, onder andere elementen. Kobalt is essentieel voor de productie van oplaadbare batterijen, bijvoorbeeld, en tellurium is een belangrijke input voor de productie van hoogrenderende zonnecellen. Eind 2018, Brazilië heeft bij de ISA een aanvraag ingediend voor een uitbreiding van zijn continentaal plat met de Rio Grande Rise.

In andere delen van de wereld, soortgelijke gebieden die al langer zijn bestudeerd met dezelfde doelstellingen zijn de Clarion-Clipperton Zone en de Takuyo-Daigo Seamount, zowel in de noordelijke Stille Oceaan, evenals de Tropic Seamount in de Noord-Atlantische Oceaan.

Vorming

De Rio Grande Rise heeft een oppervlakte van zo'n 150, 000 km ² , drie keer zo groot als Rio de Janeiro, en dieptes variërend van 800 m tot 3, 000 meter. Gevormd toen het huidige Afrika en Zuid-Amerika zich tussen 146 miljoen jaar geleden (mya) en 100 miljoen jaar afscheidden van het supercontinent Gondwana, de opkomst was een eiland dat zo'n 40 miljoen dollar zonk, waarschijnlijk vanwege het gewicht van een vulkaan en zijn lava en de beweging van tektonische platen.

Tijdens een van hun expedities in 2018, de onderzoekers verzamelden uit een deel van de Rise-monsters van de ferromangaankorsten en van de koraalskeletten die erop leven, evenals calcarenietgesteente en biofilms op het oppervlak van de korsten. Deze biofilms zijn gestructureerde microbiële gemeenschappen gehuld in stoffen die ze afscheiden om zichzelf te beschermen tegen bedreigingen zoals een gebrek aan voedingsstoffen of potentiële toxines.

"Het vinden van biofilm was een interessante verrassing, omdat het een indicator is van een beginnend biomineralisatieproces, " zei Bergo. "We vonden dezelfde micro-organismen in onze biofilm, koraal, calcareniet en korstmonsters. Het enige verschil was de leeftijd van de oppervlakken. Het koraal is recenter dan de korsten, en de biofilm is nog jonger."

In totaal 666, Uit de monsters werden 782 DNA-sequenties teruggevonden. De door de wetenschappers gevonden bacteriën en archaea behoren tot groepen waarvan bekend is dat ze betrokken zijn bij de stikstofcyclus waarbij ammoniak wordt omgezet in nitriet en nitraat, en dus om te dienen als energiebron voor andere micro-organismen. Naast Nitrospirea, ze vonden andere prokaryoten zoals de archaeon-klasse Nitrososphaeria. Sequentiebepaling van de monsters onthulde ook groepen die betrokken zijn bij de methaancyclus, zoals Methylomirabilales en Deltaproteobacteria.

De resultaten versterken het begrip van wetenschappers van de microbiële diversiteit en potentiële ecologische processen die te vinden zijn op de ferromangaankorsten van de Zuid-Atlantische zeebodem. Ze zullen ook bijdragen aan toekomstige regulering van mogelijke mijnbouwactiviteiten in het gebied van de Rio Grande Rise.

"Als de korsten worden verwijderd, lokale circulatie zal waarschijnlijk veranderen en dit, beurtelings, zal het beschikbare aanbod van organische stof en nutriënten veranderen, en vandaar het lokale microbioom en al het leven dat ermee verbonden is, "zei Bergo. "Bovendien, de korsten groeien gemiddeld 1 mm per 1 miljoen jaar, dus er zal geen tijd zijn voor herkolonisatie. Het is geen toeval dat er recentelijk zoveel onderzoeken zijn gepubliceerd over hoe de impact van diepzeemijnbouw kan worden beoordeeld en beperkt."