Cell wall components, membrane lipids, and microbial communities in the deep subsurface at Canterbury Basin and Peru Margin (ODP Leg 201 and IODP Expedition 317)
Final Report Abstract
Das Projekt behandelte Fragen die von zentraler Bedeutung sind für die aktuelle Initiative zur Erforschung der Tiefen Biosphäre im Rahmen des Integrated Ocean Drilling Programs und trug zur Aufklärung von mikrobiellem Leben in tiefen Sedimentschichten bei. Um ein besseres Verständnis von Mengen, taxonomischer Zusammensetzung und metabolischer Aktivität von Mikroben in der Tiefen Biosphäre zu bekommen wurden neue Biomarker ausgenutzt. Dazu wurden neue analytische Ansätze entwickelt und auf Sedimente angewendet die im Rahmen von IODP Expedition 317 (Canterbury Basin, Neuseeland) beprobt wurden. Zum Vergleich wurden gut charakterisierte Sedimente vom Peru Kontinentalrand (ODP Leg 201) herangezogen. Während des Projekts wurden biogeochemische Daten als Ergänzung zu den schiffsbasierten Messungen erhoben und Zellwandbestandteile und intakte polare Lipide als Biomarker für lebende Mikroorganismen analysiert. Der Hauptfokus lag dabei auf Sedimenten von IODP Site U1352 welche eine einzigartige Gelegenheit zur Untersuchung von Leben in bis zu 1.9 km tiefen Sedimentschichten darstellt und welche stark durch terrestrisches organisches Material geprägt sind. Im Auftriebsgebiet vom Peru Kontinentalrand wurden deutlich erhöhte Zellkonzentrationen in den Sulfat-Methan-Übergangszonen gemessen, diese Signale wurden jedoch bisher nicht in Analysen von intakten polaren Lipiden nachgewiesen. Die Analyse von Porenwasserbestandteilen von Kohlenwasserstoffgasen, gelöstem anorganischem Kohlenstoff und der Alkalinität in Proben von U1352 zeigte Anzeichen von mikrobiellem Leben. Der Einfluss mikrobieller Aktivität nahm hierbei mit zunehmender Tiefe und Temperatur ab. Alle geochemischen Profile sind stark beeinflusst durch zwei Unkonformitäten in Schichten mit einem Alter von ca. 2.5 Ma und 10 Ma. Ein Wechsel von biogen produziertem zu thermogenem Methangas wurde in einer Tiefe von 1400 m detektiert. Diese Tiefe entspricht einem Sedimentalter von ca. 10 Ma. Bereits vorhandene Methoden zur Analyse von Aminozuckern in Bodenproben und flachen marinen Sedimenten wurden an die schwierigen analytischen Bedingungen von tief versenkten Sedimenten angepasst und das endgültige analytische Protokoll zeigte deutlich verbesserte Wiederfindungsraten. Die Aminozuckerkonzentrationen in den beiden Sulfate-Methan-Übergangszonen von ODP Site 1229 waren nicht im selben Umfang erhöht wie die Zellkonzentrationen nahegelegt hatten, sehr wahrscheinlich verursacht durch einen stärkere fossilen Anteil in dieser Art von Verbindungen. Die relativen Anteile der verschiedenen Aminozucker in Sedimenten von Canterbury Basin und Peru Kontinentalrand waren deutlich verschieden, wahrscheinlich verursacht durch den terrestrischen oder marinen Typ von organischem Material and den beiden Lokationen. Die Analyse von intakten polaren Lipiden von IODP Site U1352 zeigte keine Spuren von bakteriellen Lipiden, genau wie es vorherige Berichte nahelegten die Archeenlipide als dominierende Bestandteile zeigten. Die kombinierten Tiefenprofile von Alkalinität und intakten polaren Lipiden und Muraminsäure als Biomarker für Biomasse von Archeen und Bakterien deuten auf vernachlässigbare mikrobielle Aktivität in den wenig porösen Sedimenten in Tiefen unterhalb von 1000 m hin. IODP Site U1352 ist daher vermutlich die erste Bohrlokation an welcher direkt beobachtet werden konnte dass Porösität mikrobielles Leben in tiefen Sedimentschichten limitiert.
Publications
- Expedition 317 Scientists (2010). Canterbury Basin Sea Level: Global and local controls on continental margin stratigraphy. IODP Prel.Rept.317
(See online at https://doi.org/10.2204/iodp.pr.317.2010) - (2011). Detection of Microbial Biomass in Subseafloor Sediments by Pyrolysis GC/MS. IMOG conference 2011, Interlaken, Switzerland
Zhu R, Versteegh GJM, Hinrichs KU
- Expedition 317 Scientists (2011). Proc. IODP 317. Tokyo (Integrated Ocean Drilling Program Management International, Inc.)
Fulthorpe CS, Hoyanagi K, Blum P
(See online at https://doi.org/10.2204/iodp.proc.317.2011) - IODP Expedition 317 Scientists (2011).IODP Expedition 317: Exploring the Record of Sea-Level Change Off New Zealand. Scientific Drilling No12, September 2011
Fulthorpe CS, Hoyanagi K, Blum P
