Under den gröna ytan och den organiska rika jorden, livet sträcker sig kilometer in i jordens djupa steniga skorpa. Den kontinentala djupa underjorden är sannolikt en av de största reservoarerna av bakterier och archaea på jorden, många bildar biofilmer - som en mikrobiell beläggning av bergytan. Denna mikrobiella population överlever utan ljus eller syre och med minimala organiska kolkällor, och kan få energi genom att äta eller andas mineraler. Distribuerad över den djupa under ytan, dessa biofilmer kan representera 20-80% av den totala bakteriella och arkaeala biomassan i den kontinentala underjorden enligt den senaste uppskattningen. Men sprids dessa mikrobiella populationer jämnt på bergytor, eller föredrar de att kolonisera specifika mineraler i klipporna?

För att svara på denna fråga, forskare från Northwestern University i Evanston, Illinois, ledde en studie för att analysera tillväxten och spridningen av mikrobiella samhällen i djupa kontinentala underjordiska miljöer. Detta arbete visar att värdbergmineralsammansättningen driver biofilmdistribution, producerar "hotspots" av mikrobiellt liv. Studien publicerades i Gränser i mikrobiologi.

Hotspots för mikrobiellt liv

För att förverkliga denna studie, forskarna gick 1,5 kilometer under ytan i Deep Mine Microbial Observatory (DeMMO), inrymt i en tidigare guldgruva som nu är känd som Sanford Underground Research Facility (SURF), ligger i Lead, South Dakota. Där, under jord, forskarna odlade biofilmer på inhemska stenar rika på järn och svavelhaltiga mineraler. Efter sex månader, forskarna analyserade mikrobiell sammansättning och fysiska egenskaper hos nyodlade biofilmer, liksom dess fördelningar med hjälp av mikroskopi, spektroskopi och rumsliga modelleringsmetoder.

De rumsliga analyserna som forskarna genomförde avslöjade hotspots där biofilmen var tätare. Dessa hotspots korrelerar med järnrika mineralkorn i klipporna, markera några mineralpreferenser för biofilmkolonisering. "Våra resultat visar det starka rumsliga beroendet av biofilmkolonisering av mineraler i bergytor. Vi tror att detta rumsliga beroende beror på att mikrober får sin energi från de mineraler de koloniserar." förklarar Caitlin Casar, första författaren till studien.

Framtida forskning

Sammanlagt, dessa resultat visar att värdrockmineralogi är en viktig drivkraft för distribution av biofilm, vilket kan bidra till att förbättra uppskattningarna av den mikrobiella fördelningen av jordens djupa kontinentala undergrund. Men ledande utomjordiska studier kan också informera andra ämnen. "Våra resultat kan informera biofilms bidrag till globala näringscykler, och har också astrobiologiska konsekvenser eftersom dessa fynd ger insikt i biomassafördelningar i ett Mars -analogt system, säger Caitlin Casar.

Verkligen, utomjordiskt liv kan existera i liknande underjordiska miljöer där mikroorganismerna skyddas mot både strålning och extrema temperaturer. Mars, till exempel, har en järn- och svavelrik sammansättning som liknar DeMMOs bergformationer, som vi nu vet kan driva bildandet av mikrobiella hotspots under marken.