Die Mineralogie der Erdkruste treibt Hotspots für intraterrestrisches Leben an

Die Erdkrustenmineralogie treibt Hotspots für intraterrestrisches Leben an

DeMMO-Außendienstteam von links nach rechts: Lily Momper, Brittany Kruger und Caitlin Casar entnehmen Bruchflüssigkeiten aus einer DeMMO-Bohrlochinstallation. Bildnachweis: © Matt Kapust

Unterhalb der grünen Oberfläche und des organisch reichen Bodens erstreckt sich das Leben kilometerweit in die tiefe felsige Erdkruste. Der kontinentale tiefe Untergrund ist wahrscheinlich eines der größten Reservoire von Bakterien und Archaeen auf der Erde, von denen viele Biofilme bilden – wie eine mikrobielle Beschichtung der Gesteinsoberfläche. Diese mikrobielle Population überlebt ohne Licht oder Sauerstoff und mit minimalen organischen Kohlenstoffquellen und kann Energie gewinnen, indem sie Mineralien isst oder atmet. Diese Biofilme, die im tiefen Untergrund verteilt sind, könnten nach der jüngsten Schätzung 20-80% der gesamten bakteriellen und archaealen Biomasse im kontinentalen Untergrund ausmachen. Aber sind diese mikrobiellen Populationen gleichmäßig auf Gesteinsoberflächen verteilt oder besiedeln sie lieber bestimmte Mineralien in den Gesteinen?

Um diese Frage zu beantworten, führten Forscher der Northwestern University in Evanston, Illinois, eine Studie durch, um das Wachstum und die Verteilung von mikrobiellen Gemeinschaften in tiefen kontinentalen unterirdischen Umgebungen zu analysieren. Diese Arbeit zeigt, dass die Mineralzusammensetzung des Wirtsgesteins die Biofilmverteilung antreibt und “Hotspots” des mikrobiellen Lebens erzeugt. Die Studie wurde veröffentlicht in Grenzen in der Mikrobiologie.

Hotspots des mikrobiellen Lebens

Um diese Studie zu realisieren, gingen die Forscher im Deep Mine Microbial Observatory (DeMMO), das sich in einer ehemaligen Goldmine befindet, die heute als Sanford Underground Research Facility (SURF) in Lead, South Dakota, bekannt ist, 1,5 Kilometer unter die Oberfläche. Dort kultivierten die Forscher unterirdisch Biofilme auf einheimischen Gesteinen, die reich an eisen- und schwefelhaltigen Mineralien sind. Nach sechs Monaten analysierten die Forscher die mikrobielle Zusammensetzung und die physikalischen Eigenschaften neu gewachsener Biofilme sowie deren Verteilung mithilfe von Mikroskopie-, Spektroskopie- und räumlichen Modellierungsansätzen.

Die von den Forschern durchgeführten räumlichen Analysen ergaben Hotspots, an denen der Biofilm dichter war. Diese Hotspots korrelieren mit eisenreichen Mineralkörnern in den Gesteinen, was einige Mineralpräferenzen für die Besiedlung von Biofilmen hervorhebt. “Unsere Ergebnisse zeigen die starke räumliche Abhängigkeit der Biofilmbesiedlung von Mineralien in Gesteinsoberflächen. Wir glauben, dass diese räumliche Abhängigkeit darauf zurückzuführen ist, dass Mikroben ihre Energie aus den von ihnen besiedelten Mineralien beziehen.” erklärt Caitlin Casar, Erstautorin der Studie.

Zukunftsforschung

Insgesamt zeigen diese Ergebnisse, dass die Mineralogie des Wirtsgesteins ein wesentlicher Treiber der Biofilmverteilung ist, was dazu beitragen könnte, die Schätzungen der mikrobiellen Verteilung des tiefen kontinentalen Untergrunds der Erde zu verbessern. Führende intraterrestrische Studien könnten aber auch andere Themen informieren. “Unsere Ergebnisse könnten den Beitrag von Biofilmen zu globalen Nährstoffkreisläufen beeinflussen und auch astrobiologische Auswirkungen haben, da diese Ergebnisse Einblick in die Verteilung der Biomasse in einem Mars-Analogsystem geben”, sagt Caitlin Casar.

In der Tat könnte außerirdisches Leben in ähnlichen unterirdischen Umgebungen existieren, in denen die Mikroorganismen sowohl vor Strahlung als auch vor extremen Temperaturen geschützt sind. Der Mars hat zum Beispiel eine eisen- und schwefelreiche Zusammensetzung, die den Gesteinsformationen von DeMMO ähnelt, von denen wir jetzt wissen, dass sie die Bildung mikrobieller Hotspots unter der Erde vorantreiben können.


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Mehr Informationen:
Caitlin P. Casar et al. Grenzen in der Mikrobiologie (2021). DOI: 10.3389 / fmicb.2021.658988

Journalinformationen:
Grenzen in der Mikrobiologie

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Zitat: Die Erdkrustenmineralogie treibt Hotspots für intraterrestrisches Leben an (2021, 9. April), abgerufen am 9. April 2021 von https://phys.org/news/2021-04-earth-crust-mineralogy-hotspots-intraterrestrial.html

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