Zum Einfluss des geothermalen Temperaturanstiegs auf die molekulare Zusammensetzung gelösten organischen Materials und das Leben in der tiefen Biosphäre vor Muroto, Nankai-Trog (IODP Expedition 370)
Mineralogie, Petrologie und Geochemie
Zusammenfassung der Projektergebnisse
IODP-Expedition 370 "Temperature Limit of the Deep Biosphere off Muroto (T-Limit)" (10. September - 23. November 2016) sollte unsere beträchtlichen Wissenslücken über mikrobielles Leben in tiefen, heißen Sedimenten füllen. Mit DV Chikyu errichtete die Expedition Site C0023 an der Deformationsfront der Nankai-Trog Subduktionszone vor Kap Muroto, Japan. Aufgrund des hohen Wärmeflusses in dieser Region wurden in dem 1180 m tiefen Bohrloch in situ Temperaturen von bis zu 120°C erreicht. Diese sich an die Expedition anschließende Studie zielte darauf ab, den Einfluss der Temperatur auf gelöste organische Substanz (DOM) und mikrobielles Leben in den tiefen, heißen Sedimenten zu klären. Zu diesem Zweck wurden 112 Interstitialwasserproben hinsichtlich der Konzentration und der stabilen Kohlenstoffisotopenzusammensetzung von Acetat und anderen wasserlöslichen organischen Metaboliten mittels isotopenverhältnismonitorender Flüssigkeitschromatographie/Massenspektrometrie (irm-LC/MS) analysiert. In den gleichen Proben wurde die DOM-Zusammensetzung durch dreidimensionale Fluoreszenzspektroskopie-Anregungs-Emissions-Matrizen (3D-EEMs) in Verbindung mit paralleler Faktoranalyse (PARAFAC) charakterisiert. Darüber hinaus wurde in 13 ausgewählten Proben die elementare Zusammensetzung und das Molekulargewicht einzelner DOM-bildender Moleküle mit ultrahochauflösender Fourier-Transform-Ionenzyklotronresonanz-Massenspektrometrie (FT-ICR-MS) analysiert. Die in dieser Studie erzeugten hochauflösenden Tiefenprofile für die Konzentration und Kohlenstoff-Isotopenzusammensetzung von Acetat trugen zu einem zuverlässigen Nachweis von mikrobieller Aktivität in >100°C heißen Sedimenten bei, und damit zu der Schlussfolgerung, dass das Leben in der tiefen marinen Biosphäre nicht durch eine obere Temperaturgrenze unterhalb von 120°C begrenzt wird. Zusammen zeigen die Konzentration und die Kohlenstoffisotopenzusammensetzung von Acetat, Propionat und Butyrat und die Zusammensetzung von fluoreszierendem DOM deutliche Veränderungen der DOM-Qualität mit der Sedimenttiefe. Diese weisen auf Änderungen in der Verfügbarkeit und dem Umsatz von mikrobiellen Substraten mit zunehmender Sedimenttiefe und -temperatur hin. Die Ergebnisse unserer Studie deuten darauf hin, dass der tektonisch bedingte Einstrom heißer Fluide in Sedimente unterhalb des Décollements mit einer deutlichen Veränderungen der DOM-Qualität einhergeht, die sowohl auf thermische Veränderungen des organischen Materials als auch auf Veränderungen der mikrobiellen Aktivität zurückzuführen sein könnten.
Projektbezogene Publikationen (Auswahl)
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Temperature limits to deep subseafloor life in the Nankai Trough subduction zone. Science, 370, 1230-1234
V.B. Heuer, F. Inagaki, Y. Morono, Y. Kubo, A.J. Spivack, B. Viehweger, T. Treude, F. Beulig, F. Schubotz, S. Tonai, S. Bowden, M. Cramm, S. Henkel, T. Hirose, K. Homola, T. Hoshino, A. Ijiri, H. Imachi, N. Kamiya, M. Kaneko, L. Lagostina, H. Manners, H.-L. McClelland, K. Metcalfe, N. Okutsu, D. Pan, M. J. Raudsepp, J. Sauvage, M.-Y. Tsang, D.T. Wang, E. Whitaker, Y. Yamamoto, K. Yang, L. Maeda, R.R. Adhikari, C. Glombitza, Y. Hamada, J. Kallmeyer, J. Wendt, L. Wörmer, Y. Yamada, M. Kinoshita, K.-U. Hinrichs
