西南印度洋洋中脊Atlantis Bank下洋壳深部生物圈研究

Little is known about deep biosphere dwelling in the lower oceanic crust because of the huge depth of lower oceanic crust which is an insuperable barrier to drill and sample them. During the exploration of IODP 360, a series of rock samples were drilled and collected from the lower oceanic crust of Atlantis Bank, Southwest Indian Ridge, providing us a great opportunity to access the deep biosphere within the lower oceanic crust. With these important samples, microbial biomass, community components and structures will be systematically investigated along the depth profile. Research of metagenomics and metatranscriptomics will annotate their (potential) crucial physiological function, metabolic pathway and living strategy. The potential impact of microbiome to the local biogeochemical processes within the lower crust will also be estimated. According to petrological characteristics of rock samples, backgrounds associated with the diagenesis and alterations of these rocks, and geochemical regimes will be constructed. Together with the results of microbial analyses, responses of deep biosphere within the lower oceanic crust to extremal environments will be illustrated. It will significantly contribute to understanding microbial diversity within igneous ocean crust, revealing the ability of these microorganisms adapting to the deep extremal environments, exploring the spatial limitation of microbial distribution within the deep Earth.

下洋壳由于其巨大的埋深而取样困难，使得人们对栖息于此的深部生物圈的认识几乎处于空白状态。IODP360航次从西南印度洋洋脊的Atlantis Bank钻取了宝贵的下洋壳岩石样品，为下洋壳深部生物圈的研究提供了绝佳的机会。基于这些样品，本项目将揭示Atlantis Bank下洋壳栖息生物群系的生物量、组成类群、群落结构及其在垂向的变化规律，结合宏基因组和宏转录组分析，阐述其关键生物功能、代谢途径与生存策略，评估其对下洋壳生物地球化学循环的潜在影响。项目还将通过岩石学的研究，重塑下洋壳的成岩过程、蚀变类型与期次及主要的地球化学过程，结合微生物的研究，阐述Atlantis Bank下洋壳深部生物圈对极端环境条件的响应机制。本研究将会大大的拓展对深部生物圈的认知，并将在丰富深部生物圈的多样性，揭示深部极端环境微生物的生存策略和适应机理，探索生物在地球深部圈层中的空间分布极限等方面产生重要的影响。

本课题针对IODP360航次从西南印度洋洋脊Atlantis Bank钻取的下洋壳岩石样品开展研究工作，对其栖息生物群系的生物量、酶活性、群落结构及其在垂向上的变化规律，以及关键生物功能、代谢途径与生存策略进行了调查和分析。结合岩石学的研究，重塑下洋壳的成岩过程、蚀变类型与期次及主要的地球化学过程，阐述Atlantis Bank下洋壳深部生物圈对极端环境条件的响应机制。我们从下洋壳深部岩石中发现了完整的、具有生物活性、可以进一步生长发育的细胞，从而首次证明了下洋壳深部生物圈的存在，并将生命分布的范围由上洋壳表层玄武岩延展至下洋壳的辉长岩，拓展了生命在地球内部物理圈层分布的下限。通过宏转录组的分析，解析了这些深部生命在下洋壳岩石中正在进行的生理代谢活动，将微生物的系统发育分析、宏转录组的功能预测与宏基因组的表达转录进行比较和综合，从而使得我们能够对下洋壳岩石中的微生物群系的关键生物功能、代谢途径与生存策略有了系统性的认识，发现它们更倾向于利用已有可发酵的有机大分子的异养途径进行代谢。这是首次揭示了洋壳深部生物圈的生存策略，而且“异养主导”的结果挑战了海底洋壳生物圈“化能自养主导”的传统认识和假设，为我们充分认识海底表以下洋壳岩石圈中栖息的深部生命活动提供了全新的视角和研究思路。