Mikroben unter dem Meeresboden sind genetisch verschieden

Mikroben unter dem Meeresboden sind genetisch verschieden

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Anonim

Einem interdisziplinären Forscherteam zufolge machen winzige Mikroben unter dem Meeresboden, die sich vom Leben auf der Erdoberfläche unterscheiden, möglicherweise ein Zehntel der lebenden Biomasse der Erde aus, aber viele dieser winzigen Kreaturen leben auf einer geologischen Zeitskala.

"Unsere erste Studie aus dem Jahr 2006 ergab Schätzungen, dass sich die Zellen alle 100 bis 2.000 Jahre verdoppeln könnten", sagt Jennifer F. Biddle, PhD. Empfänger in Biochemie und ehemaliger Postdoktorand in den Geowissenschaften, Penn Zustand. "Jetzt haben wir den ersten umfassenden Blick auf das Erbgut dieser Mikroben." Biddle ist jetzt ein Postdoktorand an der Universität von North Carolina, Chapel Hill.

Die Forscher untersuchten Sedimentproben aus verschiedenen Tiefen vor der peruanischen Küste am Bohrort 1229. Sie berichten über ihre Ergebnisse in der heutigen Online-Ausgabe der Proceedings der National Academy of Sciences (22. Juli).

"Der peruanische Rand ist eines der aktivsten Oberflächengewässer der Welt, und dort lagert sich kontinuierlich viel organisches Material ab", sagt Christopher H. House, Associate Professor für Geowissenschaften. "Wir sind daran interessiert, wie sich die mikrobielle Welt im Unterwasser von der im Oberflächenwasser unterscheidet."

Die Forscher verwendeten einen metagenomischen Ansatz, um die Arten von Mikroben zu bestimmen, die sich im Sediment 3 Fuß, 53 Fuß, 105 Fuß und 164 Fuß unter dem Meeresboden befinden. Die Verwendung der Metagenomik, bei der Massenproben von Sedimenten Sequenzen ohne Trennung sind, ermöglicht die Erkennung unbekannter Organismen und die Bestimmung der Zusammensetzung des Ökosystems.

"Die Ergebnisse zeigen, dass es sich bei dieser unterirdischen Umgebung um die bislang einzigartigste untersuchte metagenomische Methode handelt, die heute bekannt ist", sagt House. "Unterhalb der Sedimentoberfläche sieht die Welt ganz anders aus." Er merkt an, dass eine kleine Anzahl von vergrabenen genetischen Fragmenten aus dem Wasser über ihm existiert, dass jedoch ein großer Teil der gefundenen Mikroben verschieden und an ihre dunkle und ruhige Welt angepasst ist.

Die Forscher, zu denen Biddle gehörte; Haus; Stephan C. Schuster, ausserordentlicher Professor; und Jean E. Brenchley, Professor für Biochemie und Molekularbiologie, Penn State; und Sorel Fitz-Gibbon, stellvertretender Molekularbiologe am Zentrum für Astrobiologie, UCLA, stellte fest, dass ein großer Prozentsatz der Mikroben Archaeen sind, einzellige Organismen, die wie Bakterien aussehen, sich jedoch auf metabolischer und genetischer Ebene unterscheiden. Der Prozentsatz der Archaeen nimmt mit der Tiefe zu, so dass bei 164 Fuß unter dem Meeresboden vielleicht 90 Prozent der Mikroben Archaeen sind. Die Gesamtzahl der Organismen nimmt mit der Tiefe ab, aber es gibt viele Zellen, vielleicht bis zu 1.600 Millionen Zellen in jedem Kubikzoll.

"Diese Mikroben beeinflussen den langfristigen Kohlenstoffkreislauf der Erde, und auch diese Mikroben sind möglicherweise ziemlich alt", sagt Biddle.

Wenn der Rest der Welt wie der peruanische Rand ist, dann könnten mindestens ein Zehntel und ein Drittel der Erdbiomasse diese winzigen Mikroben sein, die im Schlamm leben. Diese Bevölkerung lebt jedoch mit einer ungewöhnlichen Rate. Einzellige Organismen verbrauchen normalerweise Nahrung zur Energiegewinnung und vermehren sich dann, anstatt größer zu werden. Sie teilen sich einfach und vermehren sich. Während die Bakterien Escherichia Coli beispielsweise alle 20 Minuten ihre Anzahl verdoppeln, verdoppeln sich diese Archaeen in der Größenordnung von Hunderten oder Tausenden von Jahren und verbrauchen sehr wenig Energie.

"Im Wesentlichen sind diese Mikroben nach unseren normalen Maßstäben praktisch fast tot", sagt House. "Sie metabolisieren ein wenig, aber nicht viel."

Laut House sind Organismen, die so langsam metabolisieren, das, was wir erwarten können, in anderen Bereichen unseres Sonnensystems, da in solchen Umgebungen viel weniger Energie zur Verfügung steht als auf der Erde. Vielleicht befinden sich ähnliche Organismen in hydrothermalen Quellen unter dem Eis Europas - dem zweiten Mond des Jupiter - oder in unterirdischen Grundwasserleitern des Mars.

"Wir erwarten nicht, dass die Mikroben an anderen Orten genau diese Mikroben sind", sagt House. "Aber sie könnten mit einer ähnlich langsamen Geschwindigkeit leben."

Biddle merkt an, dass diese Mikroben die großen Einschläge von Asteroiden auf der Erde überstehen könnten, sodass der Unterwasser-Boden während der Aussterbungsereignisse eine Zuflucht für das Leben sein könnte. Diese Studie zeigt nun, dass sie möglicherweise auch ein Reservoir an neuartigem genetischem Material sind. Ihre zukünftige Forschung wird sich darauf konzentrieren, den Lebensstil der Mikroben zu verstehen.

"Zum Beispiel, wie sterben sie?" fragt Biddle. "Es ist eine einfache Frage, die wir nicht beantworten können."

Quelle: Penn State