Undervattensbotten utgör ett av de största och mest understuderade ekosystemen på jorden. Även om det är känt att livet överlever djupt nere i vätskorna, stenar, och sediment som utgör havsbotten, forskare vet väldigt lite om de förhållanden och energi som behövs för att upprätthålla det livet.

Ett tvärvetenskapligt forskarlag, ledd från ASU och Woods Hole Oceanographic Institution (WHOI), försökte lära sig mer om detta ekosystem och de mikrober som finns i undervattensbotten. Resultaten av deras fynd publicerades nyligen i Vetenskapens framsteg , med ASU School of Earth and Space Exploration biträdande professor och geobiolog Elizabeth Trembath-Reichert som huvudförfattare.

För att studera denna typ av avlägsna ekosystem, och mikroberna som bebor den, teamet valde en plats som heter North Pond på den västra flanken av mid-atlantic Ridge, en plattgräns som ligger längs med Atlantens botten.

North Pond, på ett djup av över 14, 500 fot (4, 500 meter) har fungerat som en viktig plats för djuphavsforskare i årtionden. Den borrades senast hundratals fot genom sedimentet och jordskorpan av International Ocean Discovery Program 2010 för att skapa åtkomstpunkter för att studera liv och kemi under havsbotten.

Med stöd från National Science Foundation, Gordon och Betty Moore Foundation, och Center for Dark Energy Biosphere Investigations, teamet tog prover från jordskorpans vätskeprover från borrhålets havsbottenobservatorier med det fjärrstyrda djuphavsfordonet Jason II på forskningsfartyget Atlantis.

Dessa unika prover från det orörda, kall basaltisk havsbotten fördes sedan tillbaka till labbet och analyserades med en sekundär jonmasspektrometer i nanoskala (NanoSIMS), som användes för att mäta deras elementära och isotopsammansättning.

"Våra experiment använder specialiserade spårämnen som bara kan observeras om en mikroorganism äter något på buffén av alternativ vi tillhandahåller, " förklarar Trembath-Reichert. "Om vi ​​ser dessa spårämnen i mikroberna, då vet vi att de måste ha varit aktiva och ätit under våra experiment och vi får en uppfattning om vilka matkällor de kan använda för att överleva."

Genom dessa analyser, teamet upptäckte att det mikrobiella samhället under havet är aktivt och redo att äta, trots en miljö med låg biomassa och låga koldioxidutsläpp.

"Mikroberna vi studerade är extremt anpassningsbara och kan försörja sig i vad som verkar vara en riktigt hård miljö för ytbor, som vi själva, säger Trembath-Reichert.

En av de mest överraskande upptäckterna var hur mikroorganismerna använder koldioxid. Trembath-Reichert och hennes team förväntade sig att mikroorganismerna skulle använda allmänt tillgänglig koldioxid som växter gör, genom att 'fixa' det i andra former av organiskt kol som de sedan kan använda för att växa på. Men resultaten tyder på att mikroberna i denna isolerade miljö med låga näringsämnen var mer listiga.

"Vår teori är att dessa mikrober är resursstarka och använder koldioxiden direkt som en byggsten utan att först behöva omvandla den till en matkälla, " säger Trembath-Reichert. "Och detta kan få stora konsekvenser för kolcykeln i djuphavet."

"Detta arbete belyser hur lite vi vet om livsstilen för mikrober i havsskorpan och vikten av att utföra experiment med känsliga detektionsgränser, som NanoSIMS, ", tillägger seniorförfattaren Julie Huber från WHOI.

Nästa steg för Trembath-Reichert och hennes team är att designa experiment för att bättre förstå hela mångfalden av sätt koldioxid kan användas av mikrober. Som en mer lättillgänglig matkälla för mikroorganismer, de kommer att undersöka hur koldioxid kan användas för överlevnad och tillväxt i jordens största akvifer under havsbotten.