En undersøgelse af Monterey Canyons mikrobielle beboere kan give indsigt i evolution

Geobiolog Victoria Orphan står i agterenden af ​​forskningsfartøjet Western Flyer, ser hendes kolleger lægge sidste hånd på en usædvanlig spredning. Blandt tilbuddene:et stort kalkunben, et alligatorhoved og skåle af gelatinøs agar, der ligner consomme.

Dette måltid er ikke for skibets besætning, selvom. Det er lokkemad.

Forretterne er forankret til et plastikgitter og skubbet over bord, så de vil synke ned i den dybeste undersøiske canyon langs Nordamerikas vestkyst.

Forskerne tjekker det vedhæftede kamera, som vil udspionere de skabninger, der dukker op til fest – fisk, orme, også krabber og mikrober.

De mikrobielle beboere i Monterey Canyon er meget forskellige fra mange af deres overfladeboende brødre. De laver mad ud af sten og dødt affald og høster energi fra metan, der siver fra havbunden. For at overleve i dette mørke, højt tryk, iltfattigt, miljø med lavt næringsstof, de danner alle former for samarbejdsrelationer.

Orphan justerer en agarskåls position og går derefter ind igen for at tjekke de rørformede prøvetagere, hun vil bruge til at opsamle mikrobefyldt sediment.

"De er ikke helt så spændende som alligatorhoveder, " hun siger.

Forældreløs er beskeden. Hendes undersøgelse af disse "ekstremofile" kan give indsigt i livets udvikling på Jorden - og guide søgen efter liv på andre planeter. Hendes arbejde gav hende et MacArthur Fellowship, også kendt som et "genialt" tilskud.

Meget af hendes forskning foregår på Caltech, hvor hun driver et laboratorium med snesevis af kandidatstuderende og postdoktorale forskere. Men ekspeditioner som denne, miles ud for Californiens kyst i Monterey Bay, er en afgørende del af hendes arbejde.

Orphan leder denne tur sammen med Shana Goffredi, en biolog på Occidental College, som også er hendes livsledsager. Hvor Orphan studerer mikrobielle alliancer, Goffredi udforsker forholdet mellem mikrober og større dyr som muslinger eller snegle.

Alligatorhoveder og kalkunben er små yngel til denne besætning. For cirka et årti siden, Goffredi og andre videnskabsmænd ved Monterey Bay Aquarium Research Institute slæbte kadaverne af døde hvaler ud til kløften og frigav dem i forskellige dybder. Resultatet var et enormt eksperiment, der belyste den komplekse befolkningsdynamik i disse dybhavssamfund.

Ligesom vilde blomster blomstrer i den golde ørken efter en storm, længe sovende mikrober blomstrer på et "hvalfald", mens de fester sig i slagtekroppen sammen med krabber, muslinger og fisk. Mikroberne producerer kemikalier, som andre mikrober kan tage i brug. Resultatet er et samfund, hvis demografi ændrer sig dramatisk over tid afhængigt af havets dybde og pres.

Orphan og Goffredi besøger disse hvalfald to eller tre gange om året, prøveudtagning af vandet, dyreliv og sedimenter for at opdage, om noget har ændret sig.

"Næsten hver gang, vi finder en ny art, " sagde Goffredi. "Og det er bare dyrene." Mikroberne, tilføjede hun, vil med garanti producere noget, der aldrig er set før.

—-

Det primære formål med denne to-dages ekspedition er at styre en undervandsrover ind i Monterey Canyon, indsæt kemisk bundet sedimentprøvetagere og hent prøver fra dybet.

Roveren er en gul kasse på størrelse med en varevogn med robotarme og en række kasser og dåser til at holde, hvad den finder. Altid så langsomt, den sænkes gennem skibets hjerte ned i det brusende vand nedenfor.

I et mørklagt rum nær agterstavnen, videnskabsmændene retter blikket mod skærme fodret af roverens mange kameraer. I lang tid, det ligner åbningsteksterne til "Star Trek, " med stjerner, der suser forbi i et blækblåt-sort tomrum.

"Marine sne, "Forældreløs siger, hendes ansigt kun oplyst af skæret fra skærmene. "Noget af det kan være egentlige dyr. Der er fækale piller, eller slim, der er blevet fjernet. Du tænker på havvand som denne flydende matrix, men det er virkelig dette levende, meget tæt gel."

Når roveren er mere end en halv mil under overfladen, den sandede havbund kommer til syne. Piloterne og videnskabsmændene læner sig frem, leder efter tegn på Francisco, hvalen, de havde sænket omkring dette særlige sted. Pludselig, stilheden er brudt.

"Lammestativet!" Goffredi råber, peger på skærmen.

En af roverpiloterne bruger en robotarm til at gribe en cylindrisk kerneprøver. Han skubber det dybt ind i et sted, Orphan vælger, fylde det med sediment. Så bruger han en anden robotarm til at sprøjte væske ind i beholderen.

Denne væske holder tungt vand, hvis brintatomer har en neutron sammen med en proton, samt to molekyler, der fungerer som byggesten til proteiner, og hvis nitrogenatomer rummer en ekstra neutron. Mikroberne vil forbruge disse ekstra tunge stabile isotoper og føre dem gennem fødenettet fra den ene art til den næste.

Om få måneder, skibet vil vende tilbage og trække cylindrene op af jorden. Derefter vil forskerne analysere sedimentet for at spore isotopernes fremskridt gennem det mikrobielle system. Resultaterne vil afsløre, hvordan mikroberne spiser, vokse og dele ressourcer med hinanden.

Efter at have opsamlet cylindre, de havde plantet på deres sidste tur, roveren fordobles tilbage til et metansiv, så holdet kan plante flere samplere. Piloterne satte sig hurtigt op, ved at de ikke har meget tid.

Robotten er lige midt i en klemme, når ordet kommer ned:Havet er blevet for hakket, og de skal trække sig ud.

Forældreløse suk. "Så tæt på, " hun siger.

—-

Holdet starter næste dags dyk tidligt, håber at indhente tabt tid.

Så snart ubåden er trukket op af vandet, fyldt med prøver, forskerne skynder sig prøverne ind i det våde laboratorium.

Goffredis hold begynder at lirke åbne muslinger, opbevaring af blod i små hætteglas til analyse og konservering af vævet i ethanol.

På den anden side af disken, Forældreløs og fire af hendes forskere skar omhyggeligt cylindrene af sediment, placere hver skive på en tallerken mærket efter dybde:0-1 centimeter, 1-2 cm, 2-3 cm, og så videre. De planter deres fødder bredt mod skibets svaj.

Orphan snuser til den åbne top, før hun skærer, på jagt efter den rådne æg-duft af svovlbrinte.

Nogle af disse skiver lægges i små plastposer og fryses ned; andre er proppet ind i en maskine, der bruger argon til at presse vand ud af prøverne. Et par milliliter går i små rør til RNA- eller DNA -analyse.

Vandet er adskilt fra de faste stoffer – forskellige mikrober kan leve i de to forskellige medier – og noget af det udsættes for et kemikalie, der bliver lilla og afslører, hvor meget jern det indeholder. Sujung Lim, en af ​​Orphans kandidatstuderende, fylder små hætteglas, som hun vil bruge til at teste, om mikrober spiser kitin, den hårde, rigeligt protein i eksoskeleterne af krabber og mange andre havdyr.

Når Orphan får sine mikrober tilbage til Caltech, hun håber på at etablere et lille dybhavsøkosystem i sit laboratorium. Så kunne hun se, hvordan de interagerer med hinanden i forskellige situationer.

Geobiologens entusiasme for sine marine mikrober kender ingen grænser. Hun har samlet en masse prøver denne gang, og hendes team skynder sig at behandle dem.

"Mine øjne er større end min minus-80 fryser, " siger hun med et suk.

"Vi kalder det Victoria 30 procent faktor, "Lim deadpans.

Hvalknoglerne, imidlertid, vil ikke finde et permanent hjem i laboratoriet. De hører hjemme i havet, siger forskerne - og på en fremtidig tur til canyonen, de vil blive returneret til deres sidste hvilested.

©2018 Los Angeles Times
Distribueret af Tribune Content Agency, LLC.