En ny studie har avslöjat hur en grupp djuphavsmikrober ger ledtrådar till livets utveckling på jorden, enligt en färsk tidning i ISME Journal . Forskare använde banbrytande molekylära metoder för att studera dessa mikrober, som trivs i det varma, syrefria vätskor som strömmar genom jordskorpan.

Kallas Hydrothermarchaeota, denna grupp av mikrober lever i en så extrem miljö att de aldrig har odlats i ett laboratorium för studier. Ett forskarlag från Bigelow Laboratory for Ocean Sciences, University of Hawaii i Manoa, och Department of Energy Joint Genome Institute förbigick problemet med odling med genetiska sekvenseringsmetoder som kallas genomik, en svit av nya tekniker som används för att sekvensera stora grupper av genetisk information. De fann att Hydrothermarchaeota kan få energi genom att bearbeta kolmonoxid och sulfat, vilket är en förbisedd metabolisk strategi. Mikroberna använder energi från denna process för att växa som en form av kemosyntes.

"Majoriteten av livet på jorden är mikrobiellt, och de flesta mikrober har aldrig odlats, sa Beth Orcutt, en senior forskare vid Bigelow Laboratory och en av studiens seniorförfattare. "Dessa fynd betonar varför encellsgenomik är så viktiga verktyg för att upptäcka hur en stor del av livet fungerar."

Analys av Hydrothermarchaeota-genomerna avslöjade att dessa mikrober tillhör gruppen av encelliga liv som kallas archaea och utvecklades tidigt i livets historia på jorden - liksom deras ovanliga metaboliska processer. Dessa observationer tyder på att den underjordiska havsskorpan är en viktig livsmiljö för att förstå hur livet utvecklades på jorden, och eventuellt andra planeter.

Forskarna hittade också genetiska bevis för att Hydrothermarchaeota har förmågan att röra sig på egen hand. Motility erbjuder en värdefull överlevnadsstrategi för den extrema miljö de kallar hem, som har ett begränsat utbud av livsnödvändiga näringsämnen.

"Att studera dessa unika mikrober kan ge oss insikter i både jordens historia och de potentiella strategierna för liv på andra planeter, sa Stephanie Carr, första författare på tidningen och en före detta postdoktor med Orcutt som nu är biträdande professor vid Hartwick College. "Deras överlevnadsstrategier gör dem otroligt mångsidiga, och de spelar en viktig, förbisedd roll i de underjordiska miljöerna där de bor."

Under 2011, Orcutt och andra projektforskare seglade till flanken av Juan de Fuca Ridge, en ås i mitten av havet utanför Washingtons kust där två havsplattor separerar och genererar ny oceanisk skorpa. De använde Woods Hole Oceanographic Institutions djupdykarrobot Jason för att resa 2,6 km till havsbotten och samla in prover av vätskan som strömmar genom den djupa skorpan.

Dessa skorpvätskor innehöll mikrober som aldrig tidigare hade studerats. Arbetar i partnerskap med Department of Energy Joint Genome Institute, forskarna sorterade och analyserade mikroberna i Single Cell Genomics Center vid Bigelow Laboratory. Denna banbrytande forskningsanläggning leds av Ramunas Stepanauskas, en senior forskare och studieförfattare. Projektgruppen analyserade också mikroberna med hjälp av metagenomics, en teknik som extraherar genomisk information direkt från miljöprover. Dessa analyser gav insikter i de genetiska ritningarna av Hydrothermarchaeota, deras förhållande till andra arkéer, och de strategier de har utvecklat för att överleva på undervattensbotten.

Forskarna kommer att bygga vidare på denna upptäckt när de återvänder till Juan de Fuca Ridge i maj 2019 för att fortsätta undersöka de extrema mikroberna som frodas under havsbotten. Orcutt kommer att leda en kryssning med ROV Jason med detta team av forskare för att ytterligare utforska undervattensmiljön, utnyttja finansiering från National Science Foundation och NASA.

"Mikroberna som lever "begravda levande" under havsbotten är verkligen spännande för oss, eftersom de kan överleva på låga mängder energi, "Orcutt sa." Vi hoppas att våra experiment med dessa konstiga mikrober kan visa hur de gör detta, så vi kan föreställa oss hur liv kan existera på andra planeter."