Im Jahr 2015 brach ein unterseeischer Vulkan im Südpazifik aus und bildete die Insel Hunga Tonga Hunga Ha’apai, die zu einem kurzen Leben von sieben Jahren bestimmt war. Ein Forschungsteam unter der Leitung der University of Colorado Boulder und des Cooperative Institute for Research in Environmental Sciences (CIRES) ergriff die seltene Gelegenheit, die frühen mikrobiellen Besiedler einer neu gebildeten Landmasse zu untersuchen, und zu ihrer Überraschung entdeckten die Forscher eine einzigartige mikrobielle Gemeinschaft verstoffwechselt Schwefel und atmosphärische Gase, ähnlich wie Organismen in Tiefseeschlote oder heißen Quellen.
„Diese Art von Vulkanausbrüchen kommt auf der ganzen Welt vor, aber sie bringen normalerweise keine Inseln hervor. Wir hatten eine unglaublich einzigartige Gelegenheit“, sagte Nick Dragone, CIRES Ph.D. Studentin und Hauptautorin der Studie, die diesen Monat in veröffentlicht wurde mBio. „So früh hat noch nie jemand die Mikroorganismen auf einem solchen Inselsystem umfassend untersucht.“
„Die Untersuchung der Mikroben, die Inseln zuerst besiedeln, gibt einen Einblick in das früheste Stadium der Ökosystementwicklung – noch bevor Pflanzen und Tiere ankommen“, sagte Noah Fierer, CIRES-Stipendiat, Professor für Ökologie und Evolutionsbiologie an der CU Boulder und korrespondierender Autor der Studie.
Ein multiinstitutionelles Forscherteam vor Ort sammelte Bodenproben von der Insel und schickte sie dann zum Campus der CU Boulder. Dragone und Fierer konnten dann DNA-Proben aus den Proben extrahieren und sequenzieren.
„Wir haben nicht gesehen, was wir erwartet hatten“, sagte Dragone. „Wir dachten, wir würden Organismen sehen, die man findet, wenn sich ein Gletscher zurückzieht, oder Cyanobakterien, eher typische frühe Besiedlerarten – aber stattdessen fanden wir eine einzigartige Gruppe von Bakterien, die Schwefel und atmosphärische Gase metabolisieren.“
Und das war nicht die einzige unerwartete Wendung in dieser Arbeit: Am 15. Januar 2022, sieben Jahre nach seiner Entstehung, brach der Vulkan erneut aus und vernichtete die gesamte Landmasse in der größten Vulkanexplosion des 21. Jahrhunderts. Der Ausbruch löschte die Insel vollständig aus und beseitigte die Möglichkeit für das Team, ihren Standort weiter zu überwachen.
„Wir haben alle erwartet, dass die Insel bleibt“, sagte Dragone. „Tatsächlich begannen wir in der Woche vor der Explosion der Insel mit der Planung einer Rückreise.“
Die gleiche unbeständige Natur des Hunga Tonga Hunga Ha’apai (HTHH), die ihn explodieren ließ, erklärt jedoch auch, warum das Team eine so einzigartige Gruppe von Mikroben auf der Insel fand. Hunga Tonga ist wie Hawaii vulkanisch entstanden.
„Einer der Gründe, warum wir glauben, diese einzigartigen Mikroben zu sehen, sind die Eigenschaften, die mit Vulkanausbrüchen verbunden sind: viel Schwefel- und Schwefelwasserstoffgas, das wahrscheinlich die einzigartigen Taxa antreibt, die wir gefunden haben“, sagte Dragone. „Die Mikroben waren denen am ähnlichsten, die in hydrothermalen Quellen, heißen Quellen wie Yellowstone und anderen vulkanischen Systemen gefunden wurden. Unsere beste Vermutung ist, dass die Mikroben aus diesen Arten von Quellen stammten.“
Die Expedition nach HTHH erforderte eine enge Zusammenarbeit mit Mitgliedern der Regierung des Königreichs Tonga, die bereit waren, mit Forschern zusammenzuarbeiten, um Proben von Land zu sammeln, das normalerweise nicht von internationalen Gästen besucht wird. Die Koordination erforderte jahrelange Arbeit von Mitarbeitern der Sea Education Association und der NASA: Ein tongaischer Beobachter muss jede Probenentnahme, die innerhalb des Königreichs stattfindet, genehmigen und überwachen.
„Diese Arbeit brachte so viele Menschen aus der ganzen Welt zusammen, und wir haben so viel gelernt. Wir sind natürlich enttäuscht, dass die Insel verschwunden ist, aber jetzt haben wir viele Vorhersagen darüber, was passiert, wenn sich Inseln bilden“, sagte Dragone. „Wenn sich also wieder etwas bildet, würden wir gerne dorthin gehen und mehr Daten sammeln. Wir hätten einen Spielplan, wie wir es untersuchen können.“
Mehr Informationen:
Nicholas B. Dragone et al., The Early Microbial Colonizers of a Short-Lived Volcanic Island in the Kingdom of Tonga, mBio (2023). DOI: 10.1128/mbio.03313-22