Les toutes premières images NanoSIMS monocellulaires de ce système ont été utilisées pour montrer les sources de nourriture utilisées par les microbes (illustrés ici). Des couleurs plus chaudes indiquent que plus d'une certaine source de nourriture a été utilisée. Barre d'échelle de 3 m. Crédit :Trembath-Reichert et al.
Le sous-sol constitue l'un des écosystèmes les plus vastes et les moins étudiés de la planète. Alors que l'on sait que la vie survit au plus profond des fluides, rochers, et les sédiments qui composent le fond marin, les scientifiques connaissent très peu les conditions et l'énergie nécessaires pour maintenir cette vie.
Une équipe de recherche interdisciplinaire, dirigé par l'ASU et la Woods Hole Oceanographic Institution (WHOI), a cherché à en savoir plus sur cet écosystème et les microbes qui existent dans le sous-sol. Les résultats de leurs découvertes ont été récemment publiés dans Avancées scientifiques , avec la professeure adjointe et géobiologiste Elizabeth Trembath-Reichert de l'ASU School of Earth and Space Exploration comme auteure principale.
Pour étudier ce type d'écosystème éloigné, et les microbes qui l'habitent, l'équipe a choisi un endroit appelé North Pond sur le flanc ouest de la dorsale médio-atlantique, une limite de plaque située le long du fond de l'océan Atlantique.
Étang du Nord, à une profondeur de plus de 14, 500 pieds (4, 500 mètres) a servi de site important pour les scientifiques des grands fonds pendant des décennies. Il a été récemment foré à des centaines de pieds à travers les sédiments et la croûte par le Programme international de découverte des océans en 2010 pour créer des points d'accès pour l'étude de la vie et de la chimie sous le fond marin.
Avec le soutien de la National Science Foundation, la Fondation Gordon et Betty Moore, et le Center for Dark Energy Biosphere Investigations, l'équipe a échantillonné les échantillons de fluide crustal des observatoires du fond marin en forage avec le véhicule télécommandé en haute mer Jason II sur le navire de recherche Atlantis.
Ces échantillons uniques de la vierge, Les fonds marins basaltiques froids ont ensuite été ramenés au laboratoire et analysés à l'aide d'un spectromètre de masse à ions secondaires à l'échelle nanométrique (NanoSIMS), qui a été utilisé pour mesurer leur composition élémentaire et isotopique.
Trembath-Reichert avec Olivia Nigro de l'Université du Pacifique d'Hawaï sur le navire de recherche Atlantis après que les premiers échantillons de fluide (dans les boîtes en plastique transparent) soient arrivés sur le pont des observatoires du fond marin du forage. Crédit :Kelle Freel
"Nos expériences utilisent des traceurs spécialisés qui ne peuvent être observés que si un micro-organisme mange quelque chose sur le buffet d'options que nous proposons, " explique Trembath-Reichert. " Si on voit ces traceurs dans les microbes, alors nous savons qu'ils doivent avoir été actifs et manger pendant nos expériences et nous avons une idée des sources de nourriture qu'ils peuvent utiliser pour survivre. »
A travers ces analyses, l'équipe a découvert que la communauté microbienne sous-marine est active et prête à manger, malgré un environnement à faible biomasse et à faible teneur en carbone.
"Les microbes que nous avons étudiés sont extrêmement adaptables et sont capables de gagner leur vie dans ce qui semble être un environnement vraiment difficile pour les habitants de la surface, comme nous, " dit Trembath-Reichert.
L'une des découvertes les plus surprenantes a été la façon dont les micro-organismes utilisent le dioxyde de carbone. Trembath-Reichert et son équipe s'attendaient à ce que les micro-organismes utilisent du dioxyde de carbone largement disponible comme le font les plantes, en le « fixant » dans d'autres formes de carbone organique qu'ils peuvent ensuite utiliser pour se développer. Mais les résultats suggèrent que les microbes dans cet environnement isolé avec de faibles nutriments étaient plus rusés.
Trembath-Reichert faisant fonctionner le treuil pour l'échantillonneur d'eau CTD, qui a été utilisé pour apporter des fluides jusqu'au navire du fond de l'océan. Crédit :Ben Tully
"Notre théorie est que ces microbes sont ingénieux et utilisent le dioxyde de carbone directement comme bloc de construction sans avoir à le convertir d'abord en source de nourriture, " dit Trembath-Reichert. " Et cela pourrait avoir des implications majeures pour le cycle du carbone des océans profonds. "
"Ce travail met en lumière le peu que nous connaissons du mode de vie des microbes au sein de la croûte océanique et l'importance de mener des expériences avec des limites de détection sensibles, tels que NanoSIMS, " ajoute l'auteur principal Julie Huber de WHOI.
Les prochaines étapes pour Trembath-Reichert et son équipe consistent à concevoir des expériences pour mieux comprendre toute la diversité des façons dont le dioxyde de carbone peut être utilisé par les microbes. En tant que source de nourriture plus facilement disponible pour les micro-organismes, ils examineront comment le dioxyde de carbone peut être utilisé pour la survie et la croissance dans le plus grand aquifère de la Terre sous le fond marin.
