Mikroorganismer på Rio Grande-stigningen er et grundlag for liv og en mulig oprindelse af metaller

Den rigelige biologiske og mineralske mangfoldighed i Rio Grande Rise, et havbjerg i Atlanterhavets dyb omkring 1, 500 km fra Brasiliens kyst, skyldes sandsynligvis, I høj grad, til lidet kendte mikroskopiske væsner.

Forskere tilknyttet University of São Paulo's Oceanographic Institute (IO-USP), samarbejder med kolleger ved Storbritanniens National Oceanography Center, undersøgte mikroorganismerne, der lever i sømountens ferromanganiske skorper og konkluderede, at bakterier og archaea sandsynligvis er ansvarlige for at opretholde det rigelige lokale liv, udover at være involveret i processen med biomineralisering, der danner de metaller, der er til stede i skorpen.

En artikel publiceret i tidsskriftet Mikrobiel økologi beskriver undersøgelsen, som blev finansieret af FAPESP og Storbritanniens Natural Environment Research Council (NERC).

I 2014 Den Internationale Havbundsmyndighed (ISA) tildelte Brasilien en 15-årig bevilling af mineraludvindingsrettigheder til Rio Grande Rise. Bestående af 167 medlemslande plus Den Europæiske Union, ISA er i henhold til De Forenede Nationers havretskonvention bemyndiget til at organisere, regulere og kontrollere alle mineralrelaterede aktiviteter i det internationale havbundsområde, hvilket svarer til omkring 50 % af det samlede areal af verdenshavene.

"Meget lidt vides om områdets biodiversitet eller om minedriftens indvirkning på dets økosystemer, " sagde Vivian Pellizari, en professor ved IO-USP og hovedefterforsker for undersøgelsen.

Undersøgelsen var en del af et tematisk projekt støttet af FAPESP. Artiklen er et af resultaterne af ph.d. forskning af Natascha Menezes Bergo, i øjeblikket postdoc-forskerpraktikant ved IO-USP.

"Selvom processen kendt som mikrobiel biomineralisering er velkendt, oxidation og udfældning af mangan var ikke blevet bevist, og vi anede ikke, hvordan det opstod i havområder. I juli 2020, imidlertid, en artikel af amerikanske forskere blev publiceret i Natur viser for første gang, at bakterier bruger mangan til at omdanne kuldioxid til biomasse via en proces kaldet kemosyntese, " sagde Bergo, som deltog i prøveindsamling i 2018 på det britiske forskningsfartøj RRS Opdagelse .

"En af disse bakterier, som tilhører gruppen Nitrospirae, var til stede i de DNA-sekvenser, vi ekstraherede fra skorpeprøver indsamlet ved Rio Grande Rise. Dette er et stærkt bevis på, at metallerne der er dannet ikke kun ved en geologisk proces, men også ved en biologisk proces, hvor mikroorganismer spiller en vigtig rolle, " bemærkede hun.

Udover jern og mangan, skorperne er rige på kobolt, nikkel, molybdæn, niobium, platin, titanium og tellur, blandt andre elementer. Kobolt er afgørende for produktionen af ​​genopladelige batterier, for eksempel, og tellur er et vigtigt input til produktionen af ​​højeffektive solceller. I slutningen af ​​2018, Brasilien ansøgte ISA om en udvidelse af sin kontinentalsokkel til også at omfatte Rio Grande Rise.

I andre dele af verden, lignende områder, der er blevet undersøgt i længere tid med de samme mål, omfatter Clarion-Clipperton Zone og Takuyo-Daigo Seamount, både i det nordlige Stillehav, samt Tropic Seamount i Nordatlanten.

Dannelse

Rio Grande Rise har et areal på omkring 150, 000 km ² , tre gange så stor som Rio de Janeiro, og dybder fra 800 m til 3, 000 m. Dannet, da det nuværende Afrika og Sydamerika adskiltes fra superkontinentet Gondwana for mellem 146 millioner år siden (mya) og 100 mya, The Rise var en ø, der sank omkring 40 mya, sandsynligvis på grund af vægten af ​​en vulkan og dens lava og bevægelsen af ​​tektoniske plader.

På en af ​​deres ekspeditioner i 2018, forskerne indsamlede fra en del af Rise-prøverne af ferromanganskorpen og af koralskeletterne, der lever på dem, samt calcarenit-bjergart og biofilm på skorpens overflader. Disse biofilm er strukturerede mikrobielle samfund indhyllet i stoffer, de udskiller for at beskytte sig selv mod trusler såsom mangel på næringsstoffer eller potentielle toksiner.

"At finde biofilm var en interessant overraskelse, da det er en indikator for en begyndende biomineraliseringsproces, " sagde Bergo. "Vi fandt de samme mikroorganismer i vores biofilm, koral, calcarenit- og skorpeprøver. Den eneste forskel var alderen på overfladerne. Korallen er nyere end skorpene, og biofilmen er endnu yngre."

I alt 666, 782 DNA-sekvenser blev udvundet fra prøverne. Bakterierne og arkæerne fundet af forskerne tilhører grupper, der vides at være involveret i nitrogenkredsløbet, hvorved ammoniak omdannes til nitrit og nitrat, og dermed tjene som energikilde for andre mikroorganismer. Udover Nitrospirae, de fandt andre prokaryoter såsom arkæonklassen Nitrososphaeria. Sekventering af prøverne afslørede også grupper involveret i metancyklussen, såsom Methylomirabilales og Deltaproteobacteria.

Resultaterne forstærker forskernes forståelse af den mikrobielle mangfoldighed og potentielle økologiske processer, der findes på ferromanganskorpen på den sydatlantiske havbund. De vil også bidrage til fremtidig regulering af mulige mineaktiviteter i området ved Rio Grande Rise.

"Når skorperne fjernes, lokal cirkulation vil sandsynligvis ændre sig, og dette, på tur, vil ændre den tilgængelige forsyning af organisk stof og næringsstoffer, og dermed det lokale mikrobiom og alt det liv, der er forbundet med det, " sagde Bergo. "Desuden, skorpene vokser i gennemsnit 1 mm hver 1. million år, så der bliver ikke tid til rekolonisering. Det er ikke tilfældigt, at så mange undersøgelser er blevet offentliggjort for nylig om, hvordan man vurderer og afbøder virkningen af ​​dybhavsminedrift."