Hvis du skulle treffe havbunnen og fortsette å reise ned, ville du løpt inn i et økosystem i motsetning til noe annet på jorden. Under flere hundre meter havbunnsediment ligger jordskorpen: tykke lag med lavastein som renner med sprekker som dekker rundt 70% av planetens overflate. Sjøvann renner gjennom sprekkene, og dette systemet med bergbundne nagler er enormt: det er den største akviferen på jorden, som inneholder 4% av det globale havvolumet, sier Mark Lever, en økolog som studerer anaerob karbonsykling i Aarhus Universitetet i Danmark.
Underjordisk jordskorpe kan også være det største økosystemet på jorden, ifølge en ny studie fra Lever, publisert denne måneden i Science . I syv år inkuberte han 3, 5 millioner år gammel basaltfjell samlet inn fra 565 meter under havbunnen - dybden på nesten to stablede Eiffeltårn - og fant levende mikrober. Disse mikroberne bor langt borte fra de blomstrende bakteriesamfunnene ved midthavets rygger, og overlever ved sakte å tømme svovel og andre mineraler til energi.
Men hvor stort er dette kjemisk drevne økosystemet som overlever helt uten oksygen? Hvis resultatene fra prøven hans, samlet fra under havbunnen utenfor kysten av Washington-staten, ligner de som finnes over hele planeten, kunne forskjellige mikrobielle samfunn overleve i hele havets jordskorpe, og dekke to tredjedeler av jordoverflaten og potensielt gå mil dypt.
Jordskorpen har god plass og energirike mineraler - et innbydende potensielt leveområde for et stort mikrobielt samfunn - "men vi aner ikke hvordan økosystemet ser ut, " sier Julie Huber, en mikrobiell oseanograf ved Marine Biologisk laboratorium i Woods Hole, Massachusetts. "Markus vil indikere at det er en veldig annen verden."
Mikrober som henter energien sin fra mineraler, snarere enn fra sollys, er langt fra sjeldne. De mest kjente av disse såkalte kjemoautotrofiske eller kjemosyntetiske bakteriene er de som finnes ved hydrotermiske ventilasjonsåpninger i dyphavet. Noen av disse bakteriene lever symbiotisk med gigantiske tubeworms, blåskjell og muslinger, og gir kjemisk produsert energi til disse større organismer når de "puster" det svovelrike vannet som renner ut fra ventilasjonen - ikke ulikt hvordan planter omdanner sollys til energi ved overflaten. Kjemosyntetiske mikrober finnes også i den råtnende og oksygenfattige møkka av salt myrer, mangrover og sjøgressenger - "hvor som helst du har stinkende svart gjørme, kan du få kjemoautotrofi, " sier Chuck Fisher, en dyphavsbiolog ved Pennsylvania State University i College Park.
Men det som gjør Lever's underjordiske mikrober forskjellige, er at de ikke bruker noe oksygen i det hele tatt. De symbiotiske bakteriene ved hydrotermiske ventilasjonsåpninger blir ofte beskrevet som "liv uten sollys", men de er fortsatt avhengige av sollys indirekte ved å bruke solprodusert oksygen i den kjemiske reaksjonen for å generere energi. Kjemosyntetiske mikrober i salt myrer lever av nedbrytende planter og dyr, som fikk energien sin fra sollys. Selv dyphavsediment samles fra et utvalg av døde dyr, planter, mikrober og fekale pellets som er avhengig av lysenergi.
Oceanic-skorpemikrober er på den annen side helt avhengige av ikke-oksygenholdige molekyler avledet fra berg og fjernet helt fra fotosyntesen, som sulfat, karbondioksid og hydrogen. "I den forstand er det et parallelt univers, i og med at det kjører på en annen type energi, " sier Lever. Disse molekylene gir mye mindre energi enn oksygen, og skaper en slags mikrobiell sakte matbevegelse. Så i stedet for å dele seg og vokse raskt som mange oksygenbaserte bakterier, mistenker Fisher at mikrober i jordskorpen kan dele seg hvert hundre eller tusen år.
En hydrotermisk ventilasjon, dekket med rørorm, sprøyter svovelrøyk på Juan de Fuca Ridge. Oceanic skorpemikrober ble samlet hundrevis av meter under havbunnen under denne samme ås. (Foto via University of Washington; NOAA / OAR / OER) Men bare fordi de er trege, betyr ikke det at de er uvanlige. "Det er mange data om at det er en stor, veldig produktiv biosfære under overflaten, " sier Fisher.
I tillegg kan mikrobielle bestandsstørrelser i forskjellige områder av jordskorpen variere veldig, bemerker Huber. Gjennom sine studier på væsken som er funnet mellom sprekkene i jordskorpen, sier hun at i noen områder inneholder væsken omtrent det samme antallet mikrober som standard dyphavsvann samlet opp i havdyp på 4000 meter (ca. 2, 5 mil): rundt 10.000 mikrobiell celler per milliliter. I andre regioner, for eksempel ved Juan de Fuca Ridge i Stillehavet der Lever fant mikrober, er det færre celler, rundt 8000 mikrober per milliliter. Og i andre regioner, som for eksempel i ikke-oksygenert væske dypt i hydrotermiske ventilasjonsåpninger, kan det være rundt 10 ganger mer.
Det er ikke bare antall mikrober som varierer avhengig av beliggenhet - det er mulig at forskjellige mikrobielle arter finnes i forskjellige typer skorpe. "Ulike typer bergarter og forskjellige typer kjemi bør resultere i forskjellige typer mikrober, " sier Andreas Teske, en mikrobiell økologisk dyphav ved University of North Carolina i Chapel Hill og medforfatter på Lever's papir. Juan de Fuca Ridge er et relativt varmt område sprengt med ny bergart, som har en tendens til å være laget av mer reaktive mineraler og dermed kunne gi mer energi. Andre deler av jordskorpen er eldre, sammensatt av forskjellige mineraler og kjøligere. Og i noen regioner når oksygenert vann ned til sprekkene.
Det er dette infiltrerende havvannet som holder dette økosystemet til havbunnen i å eksistere på et helt eget plan fra det oksygenerte. "Skorpen spiller en betydelig rolle i å påvirke den kjemiske sammensetningen av havet og atmosfæren, og til slutt påvirke sykluser på jorden, " sier Lever . Noen av forbindelsene som er skapt av oseaniske jordskorpemikrober fra berg er vannoppløselige, og vil etter hvert komme inn i havet. Svovel er for eksempel til stede i magma - men etter at mikroberne bruker det på energi, blir det omdannet til sulfat. Så løses det opp og blir et viktig næringsstoff i næringskjeden i havet.
Leverens funn av et mikrobielt samfunn i jordskorpen kan katalysere det vitenskapelige samfunnet for å svare på disse spørsmålene. For eksempel, hvilke typer mikrober finnes der , samhandler de gjennom sammenkoblede sprekker i fjellet, og hvilken rolle spiller de i mineral- og næringssykling? På noen måter er det veldig grunnleggende utforskende arbeid. "Mye av det vi gjør på havbunnen ligner det vi gjør på Mars akkurat nå, " sier Huber. "Kontroll av nysgjerrighet ligner veldig på å drive en ROV under havet."
Lær mer om dyphavet fra Smithsonian's Ocean Portal.
