Studie entdeckt immense Vielfalt und gegenseitige Abhängigkeit in Hochtemperatur-Tiefsee-Mikroorganismengemeinschaften

Eine neue Studie von Forschern der Portland State University und der University of Wisconsin stellt fest, dass eine reiche Vielfalt von Mikroorganismen in voneinander abhängigen Gemeinschaften in geothermischen Hochtemperaturumgebungen in der Tiefsee leben. Die Studie, die in der Zeitschrift veröffentlicht wurde Mikrobiom, wurde von Anna-Louise Reysenbach, Professorin für Biologie an der PSU, geleitet. Emily St. John, die einen Master-Abschluss in mikrobieller Ökologie von der PSU erwarb, trug zusammen mit Forschern der University of Wisconsin ebenfalls wesentlich zu der Studie bei.

Wenn sich die 350-400℃ heiße Flüssigkeit, die die Erdkruste durch hydrothermale Tiefseequellen verlässt, mit Meerwasser vermischt, entstehen große poröse Felsen, die oft als „Schornsteine“ oder hydrothermale Ablagerungen bezeichnet werden. Diese Schornsteine ​​werden von Mikroben besiedelt, die in Hochtemperaturumgebungen gedeihen. Reysenbach sammelt seit Jahrzehnten Schornsteine ​​aus Hydrothermalquellen in der Tiefsee in den Weltmeeren, und ihr Labor verwendet genetische Fingerabdrücke und Kultivierungstechniken, um die mikrobielle Vielfalt der mit diesen Gesteinen verbundenen Gemeinschaften zu untersuchen.

In dieser neuen Studie konnten Reysenbach und das Team Fortschritte in molekularbiologischen Techniken nutzen, um die gesamten Genome der Mikroben in diesen Gemeinschaften zu sequenzieren, um mehr über ihre Vielfalt und miteinander verbundenen Ökosysteme zu erfahren.

Das Team konstruierte Genome von 3.635 Bakterien und Archaeen aus 40 verschiedenen Gesteinsgemeinschaften. Die Vielfalt war überwältigend und erweitert das Wissen darüber, wie viele verschiedene Arten von Bakterien und Archaeen existieren, erheblich. Die Forscher entdeckten mindestens 500 neue Gattungen (die Ebene der taxonomischen Organisation über den Arten) und haben Beweise für zwei neue Phyla (fünf Ebenen über den Arten). „Phyla ist in der taxonomischen Rangordnung weit oben, das ist wirklich cool“, sagt Reysenbach.

Das Team fand auch Hinweise auf Hotspots der mikrobiellen Vielfalt. Proben aus dem Tiefsee-Vulkan Brothers in der Nähe von Neuseeland wurden beispielsweise besonders mit verschiedenen Arten von Mikroorganismen angereichert, von denen viele für den Vulkan endemisch sind.

„Diese Biodiversität war einfach so riesig, unglaublich“, sagt Reysenbach. „An einem Vulkan gab es so viel neue Vielfalt, die wir anderswo noch nicht gesehen hatten.“ Dieser Befund könnte darauf hindeuten, dass die erhöhte Komplexität des unterirdischen Gesteins eines Vulkans es wahrscheinlicher macht, dass es im Vergleich zu hydrothermalen Quellen in der Tiefsee verschiedene mikrobielle Arten beherbergt.

Die genomischen Daten aus dieser Studie zeigten nicht nur eine atemberaubende Artenvielfalt von Mikroorganismen in diesen Hochtemperatur-Ökosystemen, sondern zeigten auch, dass viele dieser Organismen zum Überleben voneinander abhängig sind. Durch die Analyse der Genome fanden die Forscher heraus, dass einige Mikroorganismen nicht alle Nährstoffe metabolisieren können, die sie zum Überleben benötigen, so dass sie auf Nährstoffe angewiesen sind, die von anderen Arten in einem Prozess, der als „metabolische Übergabe“ bekannt ist, erzeugt werden.

„Durch die Betrachtung dieser Genome haben wir wirklich ein viel besseres Verständnis dafür bekommen, was viele dieser Mikroorganismen tun und wie sie interagieren“, sagt Reysenbach. „Sie sind gemeinschaftlich; sie teilen Essen miteinander.“

Diese Studie hat eine neue Forschungsphase für Reysenbach angeregt: ein tiefes Verständnis der Wechselwirkungen zwischen diesen Tiefsee-Mikroorganismen zu gewinnen. „Das Spannendste für mich ist, dass ich diese Dinger unbedingt im Labor züchten möchte“, sagt Reysenbach. „Ich will sehen können [a microorganism] unter einem Mikroskop und verstehe, ob es jemand anderen zum Leben braucht.“