FRIPRO-Fri prosjektstøtte

Livet på vår planet har, helt siden dets opprinnelse for ca. 3.5 milliarder år siden, hatt en gjennomgripende innflytelse på jordens utvikling. Den dag i dag er en aktiv biosfære helt avgjørende for å opprettholde balansen i de store globale geokjemiske kretsløpene, og en forutsetning for at vi mennesker kan leve på jorden. Vår forståelse av hvordan disse kretsløpene reguleres er derfor tett knyttet sammen med vår viten om hvordan klodens biosfære fungerer. Vi har i lang tid trodd at vår kunnskap om jordens forskjellige biosfærer og deres grunnleggende funksjon var stort sett komplett. Nylig ble imidlertid eksistensen av en enorm og hittil ukjent del av jordens biosfære oppdaget dypt nede i havbunnsskorpen. Dette habitatet, som dekker mer enn 60% av jordens overflate, er nå blitt estimert til å huse mer enn utrolige 10^29 organismer, hvorav langt de fleste er mikrober. Vår kunnskap om denne dype biosfæren er på nåværende tidspunkt stort sett begrenset til dens tilstedeværelse, men hva den lever av og hvordan den eventuelt påvirker jordens overflatemiljø er ukjent. EnterDeep har til formål å fremskaffe viktig informasjon om den dype marine biosfæren både med hensyn til dens innflytelse på de globale geokjemiske kretsløpene, samt dens sammensetning og opprinnelse. Våre undersøkelser vil være basert på kontrollerte laboratorieforsøk og et observatorium installert dypt nede i den ikoniske vulkanøyen Surtsey. I løpet av prosjektperioden har vi nå lykkes med å innhente materiale fra Surtsey observatoriet to ganger. Vi er i full gang med å identifisere pionerorganismer, estimere omdanningsrater og undersøke teksturelle forandringer som kan være dannet av mikrobiell aktivitet. Dette blir gjort ved å benytte både molekylære analyser og avansert elektronmikroskopi. Våre data viser at inkubatorene er kolonisert som antatt og både molekylære og teksturelle biosignaturer er funnet og vi er nå i sluttfasen av å sammenfatte disse resultater i en vitenskapelig artikkel. Her beskriver vi mikrobiomet som er ansvarlig for den innledende koloniseringen av friskt basalt-glass og olivin basert på 16S rRNA data. Resultatene våre stemmer overens med data fra det opprinnelige borekjernemateriale som nylig er publisert av våre islandske kolleger. Imidlertid er det totale mangfoldet lavere, noe som forventet indikerer et mindre utviklet samfunn. I tillegg beskriver vi omdanningsstrukturer dannet ved 140 grader celsius som ligner på det som tidligere har blitt tolket som biologiske signaturer, og som derved stiller spørsmål ved tidligere tolkninger. På nåværende tidspunkt er vi, og våre samarbeidspartnere i Sverige og Tyskland i ferd med å analysere prøvematerialet fra Surtsey med Atomic Force og Time-of-Flight mikroskopi for å estimere omdaningshastigheter og validere teksturelle biosignaturer. Parallelt med dette er en betydelig innsats blitt rettet mot utvikling av et nytt og innovativ eksperimentelt design og alle komponentene er nå satt sammen og de første laboratorietestene er i gang. Designet er skreddersydd for å kartlegge påvirkningen av mikrobiell aktivitet i den dype biosfæren fra et kvantitativt synspunkt. Dette skal hjelpe oss med å overvinne mange av de tidligere manglene som har hindret entydig tolkning av slike eksperimenter.

Every day ~100 billion cubic meters of bottom seawater enters the permeable upper oceanic crust, where it reacts with the basaltic rocks. The seawater ultimately returns to the oceans, with a significantly altered chemical composition, having profound consequences for the Earth system. There is strong evidence that microbial cells are common and widespread in the crustal aquifer. However, given the inherent technical and economical challenges involved in studying the oceanic crust, investigation of this biosphere have until now largely been descriptive. Hence, we lack fundamental knowledge of the rates of metabolic processes, the extent to which these influence rock alteration and mineral dissolution, and how these processes are preserved as textural and molecular biosignatures. This project will advance the state of the art through (1) unprecedented access to newly formed subsurface oceanic basalt spanning the temperature limits of life; (2) continuous in situ monitoring using borehole observatories; (3) an interdisciplinary approach combining comprehensive genomics with atomic-scale mineral dissolution measurements, biogeochemical rate modelling, and integrated geobiological data analysis, to quantitatively test long-standing hypotheses. The proposed research will uncover an unexplored part of one of the most ancient and most extensive ecosystems on Earth. Quantification of processes and rates will help settle a number of long-debated, first-order questions regarding the geochemical significance of microbe-rock interactions. The results will thus have wide implications for our understanding of global element cycles, and ultimately shed new light on the ways in which our planet has co-evolved with the life it hosts.