Het is koud in de diepten van de wereldzeeën; het grootste deel van de zeebodem is koud 4°C. Niet zo de zeebodem van Guaymas Basin in de Golf van Californië. Hier, tektonische platen drijven uit elkaar en warmte uit het binnenste van de aarde kan opstijgen - zo ver omhoog dat het grote delen van de zeebodemsedimenten bakt, het omzetten van begraven organisch materiaal in methaan en andere energierijke verbindingen.

Welke soorten organismen gedijen goed in deze oceanische hotspot? In twee nieuwe onderzoeken MBL-assistent-wetenschapper Emil Ruff en medewerkers laten zien dat verschillende regio's in het bekken speciaal aangepaste micro-organismen herbergen; ontdek nieuwe microbiële bewoners van deze diepzeegemeenschap; en suggereren hoe de gemeenschap de koolstofcyclus in de hete zeebodemsedimenten dramatisch kan beïnvloeden.

Precies op de zeebodem waar de geothermische warmte de koude diepe oceaan ontmoet, de sedimenten hebben vaak een gezellige 30-60 °C, ideale temperaturen voor warmteminnende microben (thermofielen). Deze exotische warmteliefhebbers kunnen methaan als energiebron gebruiken en gedijen in zeegezichten die zo verschillen van de meeste andere ecosystemen op aarde dat ze heel goed op een andere planeet zouden kunnen bestaan. De methaanvreters en andere organismen die de chemische energie van de hydrothermale vloeistoffen gebruiken, vormen de basis van het voedselweb, zonder welke het ecosysteem niet mogelijk zou zijn. In de eerste studie, Teske et al. laten zien dat deze methaanmunchers en andere microben speciaal zijn aangepast aan verschillende thermische en geochemische regimes in het bekken.

De microbiële gemeenschappen in deze hydrothermale sedimenten zijn zeer divers, toch kunnen slechts enkele organismen methaan als energiebron gebruiken. Dus, wat doet iedereen?

Een groot deel - of het grootste deel - van de microbiële diversiteit lijkt te bestaan ​​uit organismen, die – net als mensen – alleen gereduceerde organische verbindingen voor energie kunnen gebruiken (zoals suikers, eiwitten en vetzuren). Deze organismen, heterotrofen genoemd, moeten op de een of andere manier leven van de biomassa die vanuit de oceaan aan de oppervlakte regent of wordt geproduceerd door de methaanvreters en andere primaire producenten.

Het is een al lang bestaande vraag:welke verbindingen gebruiken deze heterotrofen om in hun levensonderhoud te voorzien en waarom zoveel verschillende soorten naast elkaar kunnen leven zonder elkaar te overtreffen. In de tweede studie Sherlynette Perez Castro, een postdoctoraal wetenschapper in Ruff's lab bij MBL, en medewerkers laten zien dat bepaalde warmteliefhebbers zich specialiseren in het afbreken van het "puin" dat vrijkomt in het milieu wanneer andere cellen vergaan:organische polymeren en macromoleculen. (Zie de blogpost "Behind the Paper" van Pérez Castro in Natuur Microbiologie .)

Elke cel, of het nu een microbiële of een menselijke cel is, bestaat voornamelijk uit vier soorten macromoleculen:eiwit, nucleïnezuren (DNA, RNA), lipiden (vetzuren) en polysachariden (suikers). De onderzoekers gebruikten elk van deze vier verbindingen achtereenvolgens als de enige energie- en koolstofbron om te groeien en die diepzee-organismen te identificeren die van de respectieve verbinding kunnen leven.

Ze ontdekten dat alle organismen die ze in hun laboratoriumexperimenten konden kweken, tot voorheen niet-gecultiveerde microbiële soorten behoorden. De experimenten toonden ook aan dat elk polymeer voeding was voor een heel voedselweb van organismen, wat verklaart hoe een enkel molecuul een dierentuin van organismen in stand kan houden, wat een reden suggereert voor de hoge diversiteit van naast elkaar bestaande heterotrofen.

Tot hun verbazing, geen van de 48 verschillende culturen produceerde methaan, een gemeenschappelijk eindproduct van heterotrofe organismen. Dit zou kunnen betekenen dat het methaan dat op de zeebodem wordt uitgestoten door de microbiële gemeenschappen volledig uit het ecosysteem wordt verwijderd, die implicaties heeft voor de diepzee-koolstofcyclus die nog moeten worden onderzocht.