Microbial and viral communities of hadal trenches

Den hadale zone udgør den dybeste del af verdenshavene og findes hovedsageligt i klynger af grave langs de tektoniske subduktionszoner. Nyere studier har vist, at havbunden i disse dybhavsgrave indeholder mikrobielle samfund, der udviser større tæthed og højere aktivitet end dem, man finder i abyssale miljøer i de samme områder. Vi ved imidlertid meget lidt om, hvordan disse samfund varierer i tæthed og sammensætning langs gravenes længdeakser, samt hvad virus betyder for dem. I dette projekt har jeg kvantificeret tætheden af mikroorganismer og virus fra havoverfladen, gennem vandsøjlen og 40 cm ned i havbunden på en række stationer langs henholdsvis Kermadec- og Atacamagraven. Jeg har desuden undersøgt sammensætningen af havbundens mikrobielle samfund ved hjælp af ampliconsekventering. I vandsøjlen aftog tætheden af mikrober og virusser generelt med stigende dybde, og forsøg med in situ-fiksering viste, at tællingerne ikke var påvirket af artefakter som følge af dekompression og opvarmning under prøvetagningen. En sammenligning af disse tællinger samt tællinger fra Marianer- og Japangraven med et globalt marint datasæt viste en usædvanligt stor variation i forholdet mellem antallet af virusser og mikroorganismer i de hadale systemer. I havbunden fulgte tællingerne af mikroorganismer lokalitets-afhængige fluktuationer i koncentrationen af organisk kulstof ned gennem sedimentet. Koncentrationen af organisk kulstof havde dog hverken indflydelse på tætheden af virusser langs gravenes akser eller på strukturen af de mikrobielle samfund. For virustæthedens vedkommende skyldes dette sandsynligvis et forsinket respons på tilførslen af organisk stof i forbindelse med mudderskred. De mikrobielle samfund var hovedsageligt struktureret langs en lodret redox-gradient, og forskelle mellem samfundene i de to grave og mellem gravene og nærliggende sedimenter på lavere vanddybde skyldtes også andre faktorer end indholdet af organisk kulstof. Redox-gradienten forårsagede ændringer på række-niveau med stigende dybde i sedimentet, og specielt overgangen fra nitratzonen til den underliggende zone domineret af jern i porevandet markerede en rekruttering af de taxa, der kendes fra den dybe biosfære. I hver af gravene havde de enkelte redox zoner en distinkt kernegruppe af mikroorganismer, der fandtes langs hele gravens akse og som desuden i stor udstrækning var delt mellem de to grave. Et medlem af denne kerne i nitratzonen var slægten Scalindua, der producerer frit kvælstof (N2) gennem anammoxprocessen. Denne proces stod for 91% og 67% af den samlede N2 produktion i henholdsvis Kermadec- og Atacamagraven. Ligesom de fleste andre hadale mikroorganismer var Scalindua fra dybhavsgravene tæt beslægtet med medlemmer af den samme slægt, der kendes fra langt lavere vanddybder. Dette studie øger vores forståelse af såvel viral top-downkontrol og biogeokemisk bottom-up-kontrol på bentiske mikrobielle samfund både i og udenfor den hadale sfære.