Team opdager et utroligt mangfoldigt mikrobielt samfund højt i Yellowstone

Mere end 10 miles ind i Yellowstone National Parks bagland, på kanten af ​​calderaen, lever et højhøjdesamfund så forskelligartet, at videnskabsmænd fra Montana State University kalder det "utroligt, unik og virkelig mærkelig."

Samfundet af mikroorganismer lever i en safirblå varm kilde 8, 600 fod over havets overflade på Continental Divide. Det er en pool, hvor vulkanske gasser stiger op for at blande sig med snesmeltning og regnvand, et fænomen, der giver mulighed for usædvanligt høje niveauer af diversitet, sagde Dan Colman, forskningsassistent ved Institut for Mikrobiologi og Immunologi i Landbrugshøjskolen og Bogstav- og Videnskabskollegiet.

Colman fandt mere mikrobiel biodiversitet i en prøve på størrelse med miniaturebilleder, end der er til stede, hvis man skulle kombinere hele dyre- og plantebiodiversiteten i Yellowstone. Nogle var bakterier og andre var Archaea, to af livets tre domæner, og færre end halvdelen af ​​dem var blevet opdaget før i hydrotermiske systemer. Nogle kan endda være moderne slægtninge til gamle mikrober, potentielt tilbyde lektioner om liv på den tidlige Jord og potentialet for liv på andre planeter.

"Vi tror, ​​at dette arbejde har nogle ret brede implikationer, der strækker sig over flere discipliner, " sagde Colman, hovedforfatter til en videnskabelig artikel, der forklarede MSU's resultater i den varme kilde kendt som Smoke Jumper 3 eller SJ3.

Papiret blev offentliggjort 8. februar i online-tidsskriftet Naturkommunikation . Medforfattere var lektor Eric Boyd og doktorand Melody Lindsay, både i Institut for Mikrobiologi og Immunologi.

Boyd sagde, at papiret er unikt ved, at det ikke kun beskriver den mangfoldighed, der findes i en varm kilde; den forklarer også de betingelser, der gjorde det muligt for denne mangfoldighed at udvikle sig og blive vedligeholdt.

"Mange mennesker er interesserede i at opdage mangfoldighed. Det er slutmålet. Det er beundringsværdigt, " sagde Boyd. "Det, Dan ville vide, er hvorfor. Hvorfor har vi så meget forskellighed, og hvorfor er nogle kilder mere forskellige end andre?"

Colman tilskriver denne mangfoldighed den unikke geokemi i Smoke Jumper Geyser Basin, især SJ3. Han sagde, at SJ3 handler om det perfekte sted at begynde at forstå, hvordan geologiske processer fører til forhøjede vulkanske gasser i hydrotermiske systemer, og hvordan det på tur, understøtter mikrobielt liv, der er afhængig af kemiske energikilder i stedet for lysenergi.

"Vi viser, at det skyldes dens geografiske placering og, for ikke at nævne, at den ligger på toppen af ​​en af ​​verdens største aktive vulkaner, " sagde han. "SJ3 er placeret i høj højde på Continental Divide, funktioner, der forhindrer dybe hydrotermiske vandlagre i at nå dette område."

Colman sagde, at SJ3 og andre lignende kilder fødes af store mængder vulkanske gasser, der genereres ved kogning af hydrotermiske vand, når de stiger op mod overfladen. Disse gasser kan blandes med vand nær overfladen, såsom nylig nedbør eller smeltet sne.

Han bemærkede, at den vulkanske gas, der ender i SJ3, er meget forskellig fra de gasser, der er til stede i vores atmosfære, idet den mangler ilt. Hellere, vulkangassen er beriget med brint, metan og kulilte, mens vandet, det infiltrerer, er meget oxideret, eller rig på ilt. Blandingen af ​​så forskellige typer væsker forbedrer sandsynligvis de forhold, der kan understøtte mikrobielt liv, fører til større diversitet og giver nye muligheder for at drage fordel af deres "gasfyldte" miljø.

Sammenligner SJ3 med en buffet, Colman sagde, "Ligesom et større udvalg af mad tiltrækker flere og forskellige typer mennesker, det samme gør en varm kilde, der tilbyder en række kemiske forhold."

Så hvorfor fokuserede MSU-forskerne på netop denne varme kilde, når Yellowstone har 14, 000 varme kilder, de kunne have undersøgt?

Længe interesseret i brints rolle i at støtte mikrober, der får deres energi fra kemikalier i stedet for lys, Boyd sagde, at Smoke Jumper varme kilder og parkens andre varme kilder blev undersøgt i 1920'erne og begyndelsen af ​​1930'erne af videnskabsmænd fra Carnegie Institute of Washington. De offentliggjorde deres resultater i 1935, og senere arbejde fra U.S. Geological Survey pegede på særligt store mængder vulkansk gas i Smoke Jumper Geyser Basin. Ved dette, Boyd og fire andre tilbragte en dag i Yellowstone i juli 2014, indsamling af prøver fra SJ3 og tre nærliggende varme kilder.

"Bare det at se på en varm kilde fortæller dig ikke nødvendigvis, hvor biodiversitet den er, " sagde Boyd. "Men så snart vi målte fjederens pH og lavede andre målinger, vi vidste, at vi prøvede et unikt forår."

Colman sagde, at det tog omkring yderligere tre år at køre de genetiske sekventeringstests og analysere resultaterne, der afslørede mangfoldigheden af ​​det mikrobielle samfund. De fleste varme kilder indeholder et par typer mikrobielle organismer. Denne havde repræsentanter fra næsten halvdelen af ​​alle kendte grupper af mikroorganismer, der lever på Jorden, inklusive snesevis og snesevis af udyrkede arkæiske og bakterielle slægter.

"I øvrigt, mange af de afstamninger, som vi opdagede i SJ3, har for nylig fået betydelig opmærksomhed på grund af deres potentiale til at informere om udviklingen af ​​methanogenese (den biologiske skabelse af metan), ud over hidtil ukendte typer methanogener, og dybt forgrenede mikrobielle slægter forbundet med underjordiske miljøer og mange andre gådefulde slægter, " sagde Colman. "Det er sandsynligt, at yderligere undersøgelser af sådanne systemer og de spændende organismer i dem vil give yderligere vigtig indsigt i mikrobiel økologi og vil kaste nyt lys over deres rolle i udviklingen af ​​biogeokemiske processer."