Тем не менее, очень мало известно о том, как эта система развивалась на протяжении тысячелетий и как эта микробная жизнь влияет на круговорот углерода в океанах. В новом исследовании, опубликованном в Proceedings of the National Academy of Sciences (PNAS), д-р Серджио Контрерас, палеоокеанограф, и его коллеги из Бремена использовали тщательное изучение керна с континентального шельфа Перу, чтобы на самом деле показать, насколько это удивительно динамично. может быть глубоко похороненная экосистема.
Под морским дном консорциумы двух различных доменов микроорганизмов (архей и бактерий) используют энергию метана, которую они окисляют с помощью сульфата. Этот процесс известен как анаэробное окисление метана (АОМ) и интенсивно изучался бременскими исследователями. Метан, также производимый археями, выходит из более глубоких слоев осадка, а сульфат медленно диффундирует из водной толщи в осадок.
Оба реагента встречаются на так называемом фронте окисления метана. Только на этом фронте концентрации сульфатов и метана достаточно высоки для круговорота микробов, и здесь процесс АОМ оставляет за собой следы минералов и биологических окаменелостей.
Например, археол, составляющая мембраны архейной клетки, представляет собой чрезвычайно стабильную молекулу, которая сохраняется на протяжении тысяч и миллионов лет. Минералы, такие как барит (сульфат бария) и доломит (карбонат магния-кальция), также осаждаются на этом фронте окисления метана из-за микробной активности.Миграция фронта окисления метана.Чтобы проследить миграцию фронта окисления метана назад за последние полмиллиона лет, д-р Контрерас и его коллеги измерили содержание барита, доломита и археолов с высоким разрешением в кернах бурения с побережья Перу.
Эти керны длиной до 200 метров с континентального шельфа Перу были получены во время экспедиции с научно-исследовательским буровым судном JOIDES Resolution в рамках программы океанического бурения в 2002 году. К их удивлению, Контрерас и его коллеги обнаружили слой, который сильно отличался обогащенный археолами, баритом и доломитом, расположенный на 20 метров выше современного фронта окисления метана. По их оценкам, этот слой образовался во время последнего межледникового периода около 125000 лет назад и что фронт метана должен был быстро перемещаться вниз во время последнего ледникового периода. «Наши данные демонстрируют, насколько быстро микробные сообщества реагируют на изменения в океанографических условиях, по крайней мере, в геологическом масштабе времени», — объясняет биогеохимик доктор Тим Фердельман.Изучение прошлого с помощью математического моделирования
Чтобы восстановить быстрые сдвиги в глубине фронта метана, Контрерас и его коллеги использовали математическую модель для моделирования глубинной микробной активности и ее зависимости от изменения климата. Моделирование ясно показывает, что количество органического детрита, выпадающего из высокопродуктивных поверхностных вод Перу, является решающим фактором, определяющим относительное положение фронта метана. Количество углерода, отложенного на перуанском шельфе, сильно зависит от глобального климата; таким образом, фронт окисления метана перемещался вверх в теплые периоды из-за усиленного отложения органического углерода и мигрировал вниз с наступлением холодных ледниковых периодов из-за низкого отложения органического углерода. «Мы можем включить эти новые открытия в модели развития глубинных биосфер прошлого или будущего», — заключает доктор Бо Лю, который разработал модель для этого исследования.
Геолог д-р Патрик Мейстер подчеркивает значение этого открытия: «Обнаруженные следы дают ключ к истории микробной активности на морском дне и ее динамического взаимодействия с климатом и океанографией за последние 100 000 лет. Если мы посмотрим дальше назад. со временем, например, за последний миллион лет, — размышляет Мейстер, — мы можем обнаружить еще более радикальные изменения микробной активности в глубокой биосфере ». Такие постоянные исследовательские усилия геологов и микробиологов, наряду с доступом к образцам глубинных отложений в рамках Комплексной программы океанского бурения (IODP), должны по-прежнему обеспечивать понимание взаимосвязей между климатом и глубинной биосферой.