Dunia Tersembunyi Di Bawah Permukaan Bumi: Penelitian Baru Terungkap Militas Mikroba Miles Di Bawah Tanah Yang Menakjubkan

Esiklopedia Telkom University Portal rangkuman informasi dari semua cabang pengetahuan 22 jam ago

0 1 5 minutes read

Dunia Tersembunyi Di Bawah Permukaan Bumi: Penelitian Baru Terungkap Militas Mikroba Miles Di Bawah Tanah Yang Menakjubkan

Ahli geomikrobiologi di tambang emas Afrika Selatan — Tim geomikrobiolog berjalan ke lokasi pengambilan sampel di ujung terowongan yang tidak aktif di tambang emas Afrika Selatan. Di situs ini hampir 3 km di bawah permukaan, para peneliti dapat mengakses salah satu ekosistem terdalam dan tertua di Bumi. Airin air asin di mana mikroba ini hidup telah terperangkap di batu selama lebih dari 1 miliar tahun. Kredit: Emil Ruff

Mikroba bawah permukaan yang dalam adalah asumsi yang sangat beragam, menantang tentang kehidupan di lingkungan berenergi rendah. Penemuan ini memiliki implikasi untuk kedokteran, efisiensi energi, dan astrobiologi.

Mikroba mana yang tumbuh subur di bawah kita dalam kegelapan – dengan tambang emas, akuifer, dan lubang bor dalam di dasar laut – dan bagaimana mereka membandingkan dengan mikrobioma yang menyelimuti permukaan bumi, di darat dan laut?

Studi global pertama yang menangani pertanyaan besar ini, yang dilakukan di Laboratorium Biologi Kelautan (MBL) di Woods Hole, mengungkapkan keragaman mikroba yang sangat tinggi di lingkungan bawah permukaan tertentu – tahun dengan kedalaman hingga 491 meter di bawah dasar laut dan 4.375 meter di bawah tanah.

Penemuan ini menyoroti reservoir yang luar biasa dan belum dimanfaatkan dari keragaman mikroba di bawah permukaan, menawarkan potensi untuk bioprospeksi senyawa dan obat-obatan baru, memajukan pemahaman kita tentang bagaimana sel-sel beradaptasi dengan lingkungan berenergi rendah yang ekstrem, dan menjelaskan pencarian kehidupan ekstraterrestrial. Dipimpin oleh ilmuwan associate MBL Emil Ruff, penelitian ini baru -baru ini diterbitkan Kemajuan Sains.

Tikar mikroba oksida besi — Sat mikroba oksida besi yang berkembang di saluran aliran keluar dari lubang bor yang dibor di tambang besi bawah tanah Soudan di Minnesota utara. Kredit: Cody Sheik

“Biasanya diasumsikan bahwa semakin dalam Anda pergi di bawah permukaan bumi, semakin sedikit energi yang tersedia, dan semakin rendah jumlah sel yang dapat bertahan hidup,” kata Ruff. “Sedangkan semakin banyak energi yang ada, semakin banyak keragaman dapat dihasilkan dan dipelihara – seperti di hutan tropis atau terumbu karang, di mana ada banyak matahari dan kehangatan.

“Tapi kami menunjukkan bahwa di beberapa lingkungan bawah permukaan, keragaman dapat dengan mudah menyaingi, jika tidak melebihi, keragaman di permukaan. Ini terutama berlaku untuk lingkungan laut dan untuk mikroba di domain Archaea, ”katanya.

Studi sweeping, yang membutuhkan waktu 8 tahun untuk menyelesaikannya, juga merupakan salah satu yang pertama membandingkan ranah laut vs terestrial dalam hal keragaman mikroba dan komposisi masyarakat.

“Lihatlah tanaman dan hewan – sangat sedikit dari mereka yang disesuaikan dengan alam laut dan terestrial. Satu pengecualian adalah salmon, ”kata Ruff. “Pertanyaan yang menarik adalah apakah itu juga berlaku untuk mikroba?”

Ya, mereka menemukan. Mikrobioma laut dan terestrial sangat berbeda dalam komposisi, sedangkan tingkat keragamannya serupa.

Penambang di bagian bawah tambang homestake di South Dakota — Di bagian bawah tambang homestake di South Dakota, CA. 2001. Pada saat itu, tambang emas ini adalah yang terdalam di belahan bumi barat dan dengan demikian salah satu tempat terdalam untuk mencicipi mikroba bawah tanah. Kredit: Rick Colwell

“Jadi, ini tampaknya menjadi prinsip ekologis universal,” kata Ruff. “Ada perbedaan yang sangat jelas antara bentuk kehidupan di laut dan di alam terestrial, tidak hanya di permukaan, tetapi juga di bawah permukaan. Tekanan selektif sangat berbeda di darat dan di laut, dan mereka memilih untuk berbagai organisme yang mengalami kesulitan hidup di kedua alam. ”

Hidup di jalur yang dalam, gelap, lambat

“Pertama kali para ilmuwan secara luas menyadari ada reservoir besar mikroba tepat di bawah kaki kita, kilometer jauh di dalam batu dan di bawah dasar laut, adalah pertengahan 1990-an,” kata Ruff. Para ilmuwan sekarang memperkirakan antara 50-80 persen sel mikroba Bumi yang hidup di bawah permukaan, di mana ketersediaan energi dapat menjadi pesanan dengan besarnya kurang dari pada permukaan yang diterangi matahari.

Dengan penelitian ini, “kita sekarang juga dapat menghargai bahwa mungkin setengah dari keragaman mikroba di Bumi ada di bawah permukaan,” kata Ruff. “Dan sangat menarik bahwa, di lingkungan berenergi rendah ini, kehidupan tampaknya melambat, kadang-kadang seminimal mungkin. Berdasarkan perkiraan, beberapa sel bawah permukaan membagi rata -rata setiap 1.000 tahun sekali. Jadi, mikroba ini memiliki rentang waktu hidup yang sama sekali berbeda, dan kita berpotensi dapat mempelajari sesuatu tentang penuaan dari mereka, ”katanya.

Gunung berapi lumpur di dasar laut di mana cairan kaya metana dari bawah permukaan dipancarkan ke kolom air. Ekosistem ini berada di antarmuka antara alam bawah permukaan dan permukaan dan sering kali merupakan oasis kehidupan di laut yang dalam. Kredit: Mandy Joye/UGA

Untuk bertahan hidup di bawah permukaan, “Masuk akal untuk diadaptasi secara evolusioner untuk benar -benar meminimalkan kebutuhan kekuatan dan energi Anda dan mengoptimalkan setiap bagian metabolisme Anda seefisien energi mungkin,” kata Ruff. “Dan kita juga bisa belajar dari itu: bagaimana menjadi sangat efisien ketika Anda bekerja dengan apa -apa.”

Jika Mars Atau planet lain memiliki air cair di beberapa titik dalam sejarahnya – dan ada bukti yang dilakukan Mars – kemudian ekosistem berbatu 3 km di bawah permukaannya akan terlihat sangat mirip dengan yang ada di bumi, kata Ruff. “Energinya akan sangat rendah; Waktu generasi organisme akan sangat lama. Memahami kehidupan yang mendalam di Bumi bisa menjadi model untuk menemukan jika ada kehidupan di Mars, dan jika itu telah bertahan. ”

Bagaimana studi ini berhasil di mana orang lain tidak bisa

Studi kehidupan mikroba di berbagai kantong permukaan bumi dan bawah permukaan tidak baru atau sangat langka. Tetapi, kata Ruff, data dari studi ini sulit, jika bukan tidak mungkin, untuk disintesis karena ketidakkonsistenan dalam metodologi penelitian yang digunakan kelompok yang berbeda.

Sebaliknya, penelitian ini dimulai pada tahun 2016 ketika Ruff, kemudian seorang peneliti postdoctoral, menghadiri pertemuan Sensus Life Deep, upaya perintis untuk menilai kehidupan mikroba bawah permukaan yang dipimpin oleh ilmuwan senior MBL Distinguished Mitchell Sogin.

Joides Resolution, kapal pengeboran ilmiah, di Laut Cina Selatan — Joides Resolution, sebuah kapal pengeboran ilmiah, di Laut Cina Selatan, 2014. Pengeboran dasar laut jauh lebih sulit daripada pengeboran di darat dan membutuhkan kapal -kapal besar yang secara khusus didedikasikan untuk tugas ini. Bor sering beberapa kilometer jauh sebelum bahkan mencapai dasar laut. Kredit: Rick Colwell

Untuk sensus, kelompok penelitian di seluruh dunia mengirim sampel bawah permukaan ke MBL, di mana para ilmuwan menggunakan rutinitas yang sama persis untuk mengurutkan dan menganalisis mikroba sampel ' DNA (Ilmuwan MBL Hilary Morrison memimpin bagian karya ini). Ini disediakan, untuk pertama kalinya, dataset yang konsisten yang dapat memungkinkan perbandingan di lebih dari 1.000 sampel dari 50 ekosistem laut dan terestrial. Dan Ruff menjadi tertarik dengan gagasan melakukan perbandingan skala besar ini.

“Untuk pertama kalinya, kita dapat secara langsung membandingkan mikrobioma dari, katakanlah, sedimen permukaan Great Lakes dengan sedimen dari dua kilometer di bawah dasar laut,” kata Ruff. “Dari situlah keindahan makalah sintesis ini berasal.”

Referensi: “Perbandingan Global Mikrobioma Permukaan dan Bawah Tinggi mengungkapkan gradien keanekaragaman hayati skala besar, dan perpecahan laut-terestrial” oleh S. Emil Ruff, Isabella Hrabe de Angelis, Megan Mullis, Jérôme P. Payet, Cara Magnabosco, Karen G. Lloyd, Lloyd, Lloyd, Lloyd, Lloyd, Lloyd, Lloyd, Lloyd, Lloyd, Lloyd, Lloyd, Lloyd, Lloyd, Lloyd, Lloyd, Lloyd, Lloyd, Lloyd, Lloyd, Lloyd, Lloyd, Lloyd, Lloyd, Lloyd, Lloyd, Lloyd, Lloyd, Lloyd, Lloyd, Lloyd, Lloyd, Aleksey Morozov, Brandi Kiel Reese, James A. Bradley, Clarisse Lemonnier, Matthew O. Schrenk, Samantha B. Joye, Julie A. Huber, Alexander J. Probst, Hilary G. Morrison, Mitchell L. Sogin, Joshua Ladau dan Frederick Colwell, 18 Desember 2024, Joshua Ladau dan Frederick, 18 Desember, 18 Desember, Joshua LaDau dan Frederick, 18 Desember, 18 Desember, 18 Desember, Joshua LaDau dan Frederick, 18 Desember, 18 Desember, Joshua LaDau dan Frederi. Kemajuan Sains.
Doi: 10.1126/sciadv.adq0645

Pendanaan: Simons Foundation, Program Sains Perbatasan Manusia, Alfred P. Sloan Foundation, Departemen Energi AS, Ketua CNRS de Professeur Junior, Pusat Investigasi Biosfer Energi Gelap, Deep Life I