Den rikliga biologiska och mineraliska mångfalden i Rio Grande Rise, en sjömontering i Atlanten ca 1, 500 km från Brasiliens kust, beror förmodligen, i stor utsträckning, till lite kända mikroskopiska varelser.

Forskare knutna till University of São Paulos Oceanographic Institute (IO-USP), samarbetar med kollegor vid Storbritanniens National Oceanography Center, undersökte mikroorganismerna som bebor havsbergets ferromanganskorpor och drog slutsatsen att bakterier och arkéer förmodligen är ansvariga för att upprätthålla det rikliga lokala livet, förutom att vara involverad i processen med biomineralisering som bildar metaller som finns i skorporna.

En artikel publicerad i tidskriften Mikrobiell ekologi beskriver studien, som finansierades av FAPESP och Storbritanniens Natural Environment Research Council (NERC).

Under 2014, International Seabot Authority (ISA) tilldelade Brasilien ett 15-årigt beviljande av mineralutvinningsrättigheter till Rio Grande Rise. Består av 167 medlemsländer plus Europeiska unionen, ISA har mandat enligt FN:s havsrättskonvention att organisera, reglera och kontrollera all mineralrelaterad verksamhet i det internationella havsbottenområdet, vilket motsvarar cirka 50 % av världshavens totala yta.

"Väldigt lite är känt om områdets biologiska mångfald eller om påverkan av gruvdrift på dess ekosystem, " sa Vivian Pellizari, en professor vid IO-USP och huvudutredare för studien.

Studien var en del av ett tematiskt projekt som stöddes av FAPESP. Artikeln är ett av resultaten från Ph.D. forskning av Natascha Menezes Bergo, för närvarande en postdoktoral forskarpraktikant vid IO-USP.

"Även om den process som kallas mikrobiell biomineralisering är välkänd, oxidation och utfällning av mangan hade inte bevisats, och vi hade ingen aning om hur det uppstod i havsområden. I juli 2020, dock, en artikel av amerikanska forskare publicerades i Natur visar för första gången att bakterier använder mangan för att omvandla koldioxid till biomassa via en process som kallas kemosyntes, sa Bergo, som deltog i provinsamlingen 2018 på det brittiska forskningsfartyget RRS Upptäckt .

"En av dessa bakterier, som tillhör gruppen Nitrospirae, var närvarande i DNA-sekvenserna vi extraherade från skorpprover som samlats in vid Rio Grande Rise. Detta är ett starkt bevis på att metallerna där inte bara bildas genom en geologisk process, men också genom en biologisk process där mikroorganismer spelar en viktig roll, " noterade hon.

Förutom järn och mangan, skorporna är rika på kobolt, nickel, molybden, niob, platina, titan och tellur, bland andra element. Kobolt är avgörande för tillverkning av laddningsbara batterier, till exempel, och tellur är en viktig insatsvara för produktion av högeffektiva solceller. I slutet av 2018, Brasilien ansökte till ISA om en förlängning av kontinentalsockeln till att omfatta Rio Grande Rise.

I andra delar av världen, liknande områden som har studerats längre med samma mål inkluderar Clarion-Clipperton Zone och Takuyo-Daigo Seamount, både i norra Stilla havet, liksom Tropic Seamount i Nordatlanten.

Bildning

Rio Grande Rise har ett område på cirka 150, 000 km ² , tre gånger så stor som Rio de Janeiro, och djup från 800 m till 3, 000 m. Bildades när dagens Afrika och Sydamerika separerade från superkontinenten Gondwana för mellan 146 miljoner år sedan (mya) och 100 mya, The Rise var en ö som sjönk cirka 40 mya, förmodligen på grund av vikten av en vulkan och dess lava och rörelsen av tektoniska plattor.

På en av deras expeditioner 2018, forskarna samlade från en del av Rise-proverna av ferromanganskorpan och av korallskeletten som lever på dem, samt kalcarenitsten och biofilm på skorpans ytor. Dessa biofilmer är strukturerade mikrobiella samhällen inkapslade i ämnen som de utsöndrar för att skydda sig mot hot som brist på näringsämnen eller potentiella toxiner.

"Att hitta biofilm var en intressant överraskning, eftersom det är en indikator på en begynnande biomineraliseringsprocess, "Bergo sa." Vi hittade samma mikroorganismer i vår biofilm, korall, kalkarenit och skorpa prover. Den enda skillnaden var ytornas ålder. Korallen är nyare än skorporna, och biofilmen är ännu yngre."

Totalt 666, 782 DNA -sekvenser utvanns från proverna. Bakterierna och arkéerna som forskarna hittade tillhör grupper som är kända för att vara involverade i kvävets kretslopp där ammoniak omvandlas till nitrit och nitrat, och därmed tjäna som en energikälla för andra mikroorganismer. Förutom Nitrospirae, de hittade andra prokaryoter såsom arkeonklassen Nitrososphaeria. Sekvensering av proverna avslöjade också grupper involverade i metancykeln såsom Methylomirabilales och Deltaproteobacteria.

Resultaten förstärker forskarnas förståelse för den mikrobiella mångfalden och potentiella ekologiska processer som finns på ferromanganskorpan på den sydatlantiska havsbotten. De kommer också att bidra till framtida reglering av möjlig gruvverksamhet i området för Rio Grande Rise.

"När skorporna tas bort, lokal cirkulation kommer troligen att förändras och detta, i tur och ordning, kommer att förändra den tillgängliga tillgången på organiskt material och näringsämnen, och därav det lokala mikrobiomet och allt liv som är förknippat med det, "Sa Bergo." Dessutom, skorporna växer i genomsnitt 1 mm var 1 miljon år, så det blir inte tid för omkolonisering. Det är ingen tillfällighet att så många studier nyligen har publicerats om hur man kan bedöma och mildra effekterna av djuphavsbrytning."