De onderzeese bodem vormt een van de grootste en meest onderbelichte ecosystemen op aarde. Hoewel het bekend is dat het leven diep in de vloeistoffen overleeft, rotsen, en sedimenten die de zeebodem vormen, wetenschappers weten heel weinig over de omstandigheden en energie die nodig zijn om dat leven in stand te houden.

Een interdisciplinair onderzoeksteam, geleid door ASU en de Woods Hole Oceanographic Institution (WHOI), wilde meer te weten komen over dit ecosysteem en de microben die in de onderzeese bodem voorkomen. De resultaten van hun bevindingen zijn onlangs gepubliceerd in wetenschappelijke vooruitgang , met ASU School of Earth and Space Exploration assistent-professor en geobioloog Elizabeth Trembath-Reichert als hoofdauteur.

Om dit type afgelegen ecosysteem te bestuderen, en de microben die erin leven, het team koos een locatie genaamd North Pond op de westelijke flank van de mid-Atlantische Rug, een plaatgrens langs de bodem van de Atlantische Oceaan.

Noord Vijver, op een diepte van meer dan 14, 500 voet (4, 500 meter) is decennialang een belangrijke plek geweest voor diepzeewetenschappers. Het werd voor het laatst honderden meters door het sediment en de korst geboord door het International Ocean Discovery Program in 2010 om toegangspunten te creëren voor het bestuderen van het leven en de chemie onder de zeebodem.

Met steun van de National Science Foundation, de Gordon en Betty Moore Stichting, en het Center for Dark Energy Biosphere Investigations, het team bemonsterde de korstvloeistofmonsters van de observatoria op de zeebodem in het boorgat met het op afstand bediende diepzeevoertuig Jason II op het onderzoeksschip Atlantis.

Deze unieke monsters uit de ongerepte, koele basaltische zeebodem werden vervolgens teruggebracht naar het laboratorium en geanalyseerd met behulp van een nanoschaal secundaire ionenmassaspectrometer (NanoSIMS), die werd gebruikt om hun elementaire en isotopensamenstelling te meten.

"Onze experimenten gebruiken gespecialiseerde tracers die alleen kunnen worden waargenomen als een micro-organisme iets eet van het buffet met opties dat we bieden, " legt Trembath-Reichert uit. "Als we deze tracers in de microben zien, dan weten we dat ze tijdens onze experimenten actief moeten zijn geweest en hebben gegeten en krijgen we een idee van welke voedselbronnen ze kunnen gebruiken om te overleven."

Door deze analyses het team ontdekte dat de microbiële gemeenschap onder de zeebodem actief is en klaar is om te eten, ondanks een omgeving met lage biomassa en koolstofarme omstandigheden.

"De microben die we hebben bestudeerd, zijn extreem flexibel en kunnen de kost verdienen in wat voor oppervlaktebewoners een heel harde omgeving lijkt, zoals wij, ", zegt Trembath-Reichert.

Een van de meest verrassende ontdekkingen was hoe de micro-organismen koolstofdioxide gebruiken. Trembath-Reichert en haar team verwachtten dat de micro-organismen algemeen beschikbare koolstofdioxide zouden gebruiken zoals planten dat doen, door het te 'fixeren' in andere vormen van organische koolstof die ze vervolgens kunnen gebruiken om op te groeien. Maar de bevindingen suggereren dat de microben in deze geïsoleerde omgeving met weinig voedingsstoffen meer geslepen waren.

"Onze theorie is dat deze microben vindingrijk zijn en de kooldioxide direct als bouwsteen gebruiken zonder het eerst in een voedselbron te hoeven omzetten, ", zegt Trembath-Reichert. "En dit zou grote gevolgen kunnen hebben voor de koolstofcyclus in de diepe oceaan."

"Dit werk benadrukt hoe weinig we weten over de levensstijl van microben in oceanische korst en het belang van het uitvoeren van experimenten met gevoelige detectielimieten, zoals NanoSIMS, ", voegt senior auteur Julie Huber van WHOI toe.

De volgende stappen voor Trembath-Reichert en haar team zijn het ontwerpen van experimenten om de volledige diversiteit aan manieren waarop koolstofdioxide door microben kan worden gebruikt beter te begrijpen. Als een gemakkelijker beschikbare voedselbron voor micro-organismen, ze zullen onderzoeken hoe koolstofdioxide kan worden gebruikt voor overleving en groei in de grootste watervoerende laag van de aarde onder de zeebodem.