Геологическая активность формирует микробиом в глубоководных водоносных горизонтах путем адвекции
Защищенные от радиации и ударов астероидов в ранней истории Земли и являющиеся домом для значительной части сегодняшней прокариотической биомассы глубокие недра планеты могут содержать ключи к пониманию ранней и продолжающейся эволюции жизни. Однако процессы, формирующие распределение подповерхностных микробных сообществ, остаются малоизученными из-за недоступности образцов.
Ученые провели серию испытаний и исследований с применением пробоотборного оборудования на глубоком подземном трещиноватом водоносном горизонте твердой породы, где показали, что активность трещин приводит к изменению потока грунтовых вод, которое, в свою очередь, приводит к глубоким изменениям в микробных сообществах, связанных с флюидом, за счет физического переноса, а не отбора окружающей среды.
В подземных средах в трещинах, заполненных жидкостью, обитают разнообразные микроорганизмы; однако мало что известно о том, как геологические и гидрологические процессы формируют подземную биосферу. Ученые брали пробы из трех фонтанирующих скважин еженедельно в течение 10 месяцев в трещиноватом водоносном горизонте горных пород глубиной 1 478 метра для изучения роли активности трещины, определяемой как сейсмическое или асейсмически вызванное изменение отверстия трещины, и адвекции на состав микробного сообщества, связанного с флюидом.
Было обнаружено, что, несмотря на в значительной степени стабильный микробиом глубоководных флюидов, резкие сдвиги на уровне сообщества произошли после событий, свидетельствующих о физических изменениях в сети проницаемых трещин. Сдвиги на уровне сообществ включают появление микробных семейств — от необнаруженных до более чем 50% относительной численности, а также замену сообщества в одной скважине более ранним сообществом из другой скважины. Анализ нулевой модели указывает на то, что наблюдаемый пространственный и временной оборот сообщества в основном был обусловлен стохастическими процессами, в отличие от детерминированных процессов.
Таким образом, наблюдаемые сдвиги на уровне сообществ являются результатом физического переноса отдельных микробных сообществ из других разломов, который опережает экологический отбор. Учитывая, что геологическая активность является основной причиной активности разломов, и что геологическая активность проявляется повсеместно в пространстве и времени на Земле, результаты этой работы показывают, что адвекция, вызванная геологической активностью, является общим механизмом, формирующим микробную биогеографию и разнообразие в глубоководных местообитаниях по всему миру.
