文摘

在冲绳弧后盆地沉积物覆盖地下热液网络,创造强烈的温度梯度与沉积物深度和微生物多样性的潜在限制。我们调查分类变化在45米的恢复核心的温度梯度3°C / m动态Iheya北热液系统。远间隔过渡低温海洋泥在10米以下海底热液地改变(mbsf)。这里,我们目前的分类结果的分析16 s rRNA支持概念模型的基因中常见的海洋地下类群持续到地下,而高温适应古细菌类群显示局部峰值热液中丰度粘土的视野。具体来说,细菌门Chloroflexi占总数的比例主要微生物群落在上部10 mbsf,而高温古生菌(地面温泉Crenarchaeotic集团和methanotrophic古生菌)出现在不同的地方在更深的丰度,热液粘土与更高的视野原位高温(55°C, 15 mbsf)。此外,地球化学证据表明methanotrophy可能发生在不同的视野。还有残余DNA(即。,DNA preserved after cell death) that persists in horizons where the conditions suitable for microbial communities have ceased.

1。介绍

海洋次表层主机不同的微生物生态系统,直接影响有机碳或其他元素是否隔离在地质时间或回收作为活跃元素回海洋大气系统[2]。生命的极限,定义了在海洋次表层沉积物中微生物仍未解决;然而,增加温度与沉积物埋藏通常被认为是一个主要的约束(2]。有证据表明深海热液喷口周围的微生物种群现有的和繁荣的排放(达到温度接近400°C) (3),但许多最近的研究已经开始关注探索是否存在这样一个hyperthermophilic生物圈内温度升高时地下(即沉积。,(4])。而不是探索海底下面的温度限制在4公里,气温预计100°C的地温梯度方法,地下热液沉积物已成为理想的学习网站,因为他们的大热梯度更短的垂直剖面(如瓜伊马斯盆地,胡安德富卡脊,正朝着山谷,和冲绳海槽)。深海沉积物主要存在于低温(~ 1 - 5°C);然而,新的海洋地壳形成的区域(例如,大洋中脊)或弧后扩张的区域创建本地化的深海热液喷口系统、高温液体的排放来自地下的岩浆脱气和次表层水岩反应在高温和压力下(5]。流体迁移通过这些沉积物进行加热和水沙交互创建独特的地下冷海洋沉积物地球化学条件。

弧后盆地的断裂作用的结果远从大陆边缘岩浆弧,可以有明显的从大陆径流泥沙输入,表面生产力,和/或火山碎屑的碎片(6]。在冲绳弧后盆地系统的情况下,扩展/裂谷仰冲板块的出现恰逢其大陆架。这个大陆margin-like地理环境,从大陆过渡到海洋地壳,覆盖地下热液系统使冲绳弧后盆地独特的海洋环境与其他sediment-hosted热液系统。沉积物资料在这个系统受到强烈的温度和变化梯度,使它理想的系统检查沉积生物圈如何可能影响通过这样的渐变。

综合大洋钻探计划(IODP)探险331年恢复内沉积物Iheya北冲绳弧后盆地中的热液字段来探索“subvent生物圈的范围和多样性。网站C0014位于450米距离的主要热液丘(图S1展示网站的空间范围内C0014 Iheya北热液在网上补充材料http://dx.doi.org/10.1155/2016/2690329),研究了检测分类学的多样的微生物群落在温度梯度随深度增加。沉积物剖面现场C0014展品从半深海的软泥与轻石的火山碎屑沉积物粘土在顶部的热水地改变序列~ 10 mbsf沉积物(7]。温度测量显示一个梯度约3°C / m(表S1, S2 (E)) (7),约一个数量级大于大陆边缘的网站(例如,卡斯卡底古陆边缘,IODP 311,和哥斯达黎加,IODP 344)但比强烈,逐渐厘米级从其他热梯度,表面沉积物。扩大在研究表明微生物深入沉积物的存在(4,8),本研究的目的是提供一个综合分析微生物群落组成的温度梯度。为了研究微生物群落之间的关系和提高水热条件的程度在冲绳弧后盆地,我们使用高通量测序的16 s rRNA基因产生一个细菌和古细菌的分类分析社区核心现场C0014 [9]。我们使用这项研究作为一个代理分销的生活在更深的地下沉积物生物边缘,我们假设要么(1)嗜中温分类单元达到一个阈值,取而代之的是更高的温度适应社区在更深、更热的视野或(2)是最小的物种变化有地平线,没有建立一个(超)高温社区由于地下热液系统的动态特性。在这里,我们报告分类通过温度和地球化学梯度变化,推测生物圈的程度根据DNA复苏和地球化学测量。

2。实验程序

2.1。样本收集和提取

所有样品在这项研究中收集IODP远征C0014和C0015 331网站。沉积物的部分从孔B、D和G,空心内大约有10米的,被用于这项研究。整除的沉积物subcores,在无菌取样环境中,从整个轮的中心存储在无菌容器−80°C。样本装上干冰宾夕法尼亚州立大学和被保持在−80°C到分析。见表S1的样本用于这项研究。样本深度单位报告的深度低于海底,它只考虑了距离采样部分的湿地中,不考虑固结的沉积物,沉积物组成、生物地层学、沉积物的年龄,或原位温度。这项研究报告的值是顶部和底部的平均深度的subcore(见表每个核心的深度间隔S1)。DNA提取一式四份总共1 - 2 g沉积物使用PowerSoil®DNA隔离设备(该款实验室,Inc .)修改如下:步骤:200μL无菌TE缓冲被添加到0.25 - -0.5 g沉积物PowerBead管除了C1解决方案;一步:PowerBead管均质30秒;DNA提取最后汇集在一起。DNA是储存在−20°C到进一步使用。的热液中提取DNA的粘土是非常困难由于复杂的粘土矩阵不仅可以抑制PCR反应或绑定到DNA,而且DNA的不稳定在低pH值或整体退化性质的DNA从极端温度10]。例如,添加增加了TE缓冲沉积物,在许多情况下,0.25 g沉积物/粘土/萃取管完全吸收初始60μL细胞溶解的解决方案。

2.2。16 s rRNA的DNA基因扩增和测序

聚合酶链反应和predispensed被处决,冻干PCR试剂通过Illustra™puReTaq Read-To-Go PCR珠子(通用电气医疗集团生命科学)有选择地放大V6-V9 16 s rRNA基因的变异度高的区域的热点和细菌物种。选择性执行放大使用引物对906 f (5′-AAACTYAAAKGAATTGRCGG-3′)和修改版本1392 r (5′-ACGGGCGGTGTGTRC-3′) (11],进一步修改与添加寡核苷酸适配器中使用454测序协议,以及条形码仍然允许大量的样品一起测序和杰出的下游分析。这个修改底漆集最初设计和测试死海mesocosm水样,并成功地显示系统不同的细菌和古细菌物种(放大11]。我们使用以下的比例与PCR试剂珠子:1.5μ正向引物(10 Lμ1.5米),μ反向引物(10 Lμ米),10μL DNA模板,和12μL无菌水。的混合是在94°C的环境中5分钟,之后28周期交变温度如下:1分钟94°C, 53 25°C,并为2分钟72°C。以下样品,34个循环使用PCR: C0014B-1H-5, C0014B-2H-7, C0014B-4H-8 C0014B-5H-15, C0014G-5H-3。最后一个伸长的步骤在72°C延长20分钟。PCR产品gel-purified 1%琼脂糖凝胶使用PrepEase®凝胶萃取设备(Affymetrix公司)根据制造商的指示。

选择样本使用Illumina公司测序技术(表S1)。DNA提取被送到了海洋生物实验室的所有准备和测序。放大的热点V6地区使用正向引物958 f (AATTGGANTCAACGCCGG)和反向引物1048 r (CGRCRGCCATGYACCWC)。个人寡核苷酸在相同比例混合10μ工作浓度。聚合酶链反应混合物条件100μL反应如下:1 x HiFi缓冲区,MgSO 2毫米₄核苷酸,0.2毫米,0.3μM引物相结合,10单位铂高保真,5 - 20 ng模板。的混合是在94°C的环境中3分钟,随后30周期交变温度如下:94°C 30年代,60°C 45 s, 72°C, 1分钟。最后一个扩展举行72°C 2分钟。所有反应都是一式三份。反应是清洁和不必要的小产品被使用试剂盒96 - MinElute盘子。多路复用池被皮平预科和量化使用KapaBiosystems size-selected qPCR在聚类流动单元。指https://vamps.mbl.edu/resources/primers.php额外的信息。数据是项目的一部分“DCO_BRA_Bv6”(细菌样本)和“DCO_BRA_Av6”(古细菌样本)。

2.3。分析16 s rRNA基因扩增子

样品进行多路分解Mothur (v.1.30.1),以及一些初步质量控制消除比100个碱基对序列短,与多个条形码序列不匹配,有超过两个不匹配的引物序列,或超过8均聚物。此外,序列筛选质量分数使用“qwindowaverage”函数,设定在一个35[质量12]。这些文件已经宏基因组拉斯特服务器上可用(metagenomics.anl.gov)项目名称“IODP331_amplicons”MG-RAST ID加入数字4633437.3 - -4633472.3(参见表S1) (13]。

由此产生的个人fasta文件处理作为一个单一的工作与捷分析管道席尔瓦核糖体rna基因的数据库项目(SILVAngs 1.1)根据默认参数(14]。这个管道包括对齐与席尔瓦增量调整器(新浪v1.2.10 ARB SVN(21008年修订))(15]对席尔瓦四rRNA种子和质量控制(14]。具体来说,读了不到50对齐核苷酸和/或超过2%模棱两可或均聚物被排除在进一步处理,是公认的污染,工件和读取对齐质量较低。其余序列dereplicated和集群为操作分类单元(辣子鸡)在每个样本的基础上,使用cd-hit-est(3.1.2版本;http://www.bioinformatics.org/cd-hit/)[16)中运行准确的模式悬臂,忽视,和应用身份标准分别为1.00和0.98。分类是由当地的核苷酸爆炸(17]搜索对nonredundant版本的席尔瓦四Ref的数据集(释放115;https://www.arb-silva.de/)使用blastn(版本2.2.28 +;https://blast.ncbi.nlm.nih.gov/Blast.cgi)使用标准的设置18]。读取分类如果的价值函数”序列标识(% + %对齐报道)/ 2”超过93。每个OTU参考阅读分类映射到所有被分配到各自的OTU读取。那些不属于这个分类质量分配给该集团“没有相对的。“分类的参考序列被映射到读取在各自的辣子鸡。

Illumina公司数据集分析的微生物种群结构的可视化和分析(更新)19]。额外的评估数据集使用SilvaNGS 1.1管道如前款所述[14]。看到补充讨论进一步的结果。

最大似然树图4是由调整全身的参考序列在大型和出口PAUP对齐。序列被浏览和搜索与随机种子数,这基本拓扑作为约束从C0014B-2-10 ANME-1短序列的分析。三个序列显示浓缩从七C0014B-2-10序列,这几乎是相同的。他们结合,这样模棱两可的碱基对是用来调整一些碱基对的差异。

2.4。地球化学数据的分析

(即孔隙水化学数据。,sulfate, methane, alkalinity, and potassium concentrations in Figure S2) were downloaded from the SIO7 Data Center (http://sio7.jamstec.go.jp/),旨在发布国际海洋科学数据被发现项目和综合大洋钻探项目考察地球号D / V。科学从J-CORES数据库数据记录。中引用的温度数据点IODP探险331程序7]。样品分析δ¹³CH₄来自沉积物插头存储在气密存储瓶。气体样品分析使用惠普5890系列二世GC火焰离子化检测器和一个定制的真空进气系统。每日标准曲线生成使用适当的标准从斯科特特种气体。这些样品分析精度优于±2%。~ 5 nmol分析物被注入一个氦载流和纯化使用修改后的PreCon外围设备在分析δV质谱仪(20.]。外部精密技术与日常标准提供准确的报告数据的方式直接在VPDB规模。修改系统正确最近发现Kr干扰期间δ¹³CH₄燃烧后的分析与一个额外的层析步骤CH₄到公司₂从公司独立Kr₂(21]。

2.5。相关分析

IBM®软件包SPSS统计®版本24被用来运行二元主要微生物类群和地球化学参数之间的相关性,使用默认设置相关函数。分析使用的相对比例从0.30到44.85 mbsf可用的类群。微生物和地球化学样品分析IODP探险331年并非来自相同的核心部分。由于这种抵消,我们使用最近的地球化学信息,对应的深度微生物样品。皮尔逊相关系数和相关意义产生的测试值(从2-tailed测试)为每一对变量测试。这里的数据报告只有那些对应于一个< 0.01的重要性。

3所示。结果与讨论

3.1。域在地下生活的代表

从基因组DNA中恢复过来,28个不同的沉积物样品(两个样品一式两份)从表面到44.58 mbsf IODP探险331网站C0014被有选择地放大,使用454年16 s rRNA基因测序分析技术和随后分类进行分类识别。扩增子数据图1提出了百分之一的相对丰度序列的分类古生菌,细菌,真核生物,没有分类序列为每个采样深度,总收益率序列的比例(见表S1总收益率序列)。酒吧在图1通常表示许多已知的地下组织,其中许多是古生菌,在沉积物上16米列。数据还显示了孤立的山峰之间的相对丰度的热点序列细菌序列深度10.24,12.99和15.30 mbsf(图1)。相比之下,IODP C0015探险331网站,600米西北部和深海热液喷口的上坡,并没有显示出当前的热液活动,在这项研究中,分别显示为一个控制代表nonhydrothermal Iheya北域内的条件。条形图在图的余数1代表序列一致与钻井液中发现(1)和/或提取空白(参见外部或背景的识别DNA的辅料细节),被排除在进一步分析,因为它们可能不是土著。

在这项研究中,具有挑战性的样品一致,有增加的比例从钻井液中污染物的序列相匹配的序列和实验室提取空白的更深层次的视野。这一趋势观察到在16.14开始mbsf地平线,余数的条形图代表更高百分比的比在较浅的视野(图可恢复的DNA序列1)。此外,双变量之间的相关性从每个沉积物层类群的相对比例和相应的环境变量证明最积极,0.864和0.860,具有统计学意义(2-tailed测试)这些“nonindigenous序列”与温度之间的相关性和深度,分别(表1)。真核生物的序列也出现在大多数的视野,尽管古细菌和细菌16 s rRNA引物的特异性,与数家视野相当高的相对丰度代表主要由软体动物类(6.74 mbsf),担子菌类(12.87 mbsf),子囊菌类(16.14 mbsf)(图S5)。虽然我们没有预料到真核生物DNA会放大我们的16 s rRNA特定的引物组,这些序列很可能代表的组合放大土著和/或残遗环境DNA。例如,Edgcomb et al。22)和《et al。23)表明,海洋地下降到至少35 mbsf真核生物在海洋沉积物被生活,主要是真菌(担子菌),以及古代(2.7)最高产量研究真核基因材料(硅藻、Viridiplantae Alveolata和真菌)。也低于16.14 mbsf,有可能恢复序列表示一个信号地面径流和环境DNA。有趣的是,古细菌序列中没有检测到污染评估(1]。因此,我们解释古DNA的代表一个土著微生物群落在这项研究中。因此,我们怀疑剩余的细菌DNA序列和现存陆地中发现数据集从五个最深的视野,目前,我们得出这样的结论:这些视野没有大量的微生物群落。总体而言,可靠的细菌16 s rRNA基因扩增子,和任何热点16 s rRNA基因扩增子,不能低于16.14 mbsf中恢复过来。因此,我们不能自信地做出详细的结论关于特定分类下面的地下生物圈变化16.14 mbsf (原位温度的ca。55°C)由于不连续处附近的DNA产量的大幅下滑。

3.2。地下原核生物的多样性

细菌和古细菌扩增子解释的相对丰度在门级(图2)显示一个多元化的社区与不同的社会转向更高原位温度。例如,不同的视野研究前8.84 mbsf IODP探险队网站C0014显示相似之处他们的最高代表类群(如Euryarchaeota, Thaum Crenarchaeota,变形菌门,Planctomycetes, Chloroflexi,和TA06),他们都表现出广泛的相似C0015控制地平线。然而,Chloroflexi序列,频繁的出现在海洋次表层沉积物(24),不断地表示为一个重要phylotype在这个区间,但几乎没有在10.24 mbsf和不存在更深层次的视野。门细菌Candidatus TA06 Planctomycetes遵循类似的趋势和Chloroflexi总体较低丰度超出10.24 mbsf也突然消失。双变量之间的相关性从每个沉积物层类群的相对比例见表1证明这个重要(2-tailed测试)Chloroflexi与TA06序列丰度之间的相关性。同样,高更丰富的细菌类群的多样性是C0014观察到网站,但是只有在高于10.24 mbsf样本。样品C0014B-1-5和C0014D-2-6与周围的视野是独一无二的,他们没有了古细菌序列。在6.49和12.87 mbsf没有显示任何化学或岩性异常来推断潜在的独特的微生物环境,我们只能推测,我们没有捕获整个样本多样性在这些视野由于微生物生物量不足,或者不存在古细菌社区在这些视野。丰富的微生物细胞从331年IODP探险队网站报道C0014表示检测到(在10⁶-10年⁸细胞/毫升沉积物)降至2.35 mbsf B洞(大约15.3 mbsf除了C0014B-2-10,细胞被发现)和10.17 mbsf洞D [7]。因此,减少微生物组合深度以及方法的局限性使DNA更脆弱的复苏。更深的部分中,我们观察到更高的相对丰度的DNA扩增子euryarchaeotic类群在12.99和15.30 mbsf mbsf 15.30“Cren——Thaumarchaeota”。此外,门在10.24和12.99 mbsf Thermotogae变得更加丰富,它可能代表一个转向更优的条件很大程度上高温门。因为修改的底漆似乎成功地放大Euryarchaeota和Cren——通过大多数视野上面16.14 mbsf Thaumarchaeota序列一致,我们不解释信号从10.24,12.99,和15.30 mbsf底漆和/或放大的偏见的结果。此外,检测微生物细胞~ 15 mbsf表明大量微生物DNA组合有助于恢复。

Chloroflexi的中止和TA06类群和一般广泛的微生物多样性损失低于10.24 mbsf样本,有趣的是,与粘土岩性的变化。Chloroflexi和TA06门显示显著的相关性与深度和温度更因此K⁺,,毫克^{+ 2},这与吸收或交换的化学物种粘土矿物学变化(图S2 (F))。的nonhydrothermal半深海的软泥转向一个热水地改变斑驳的浅灰色与变更产品伊利石和蒙脱石在9 - 12 mbsf7]。虽然分类丰富似乎受地质和地球化学边界,古细菌DNA序列似乎主宰通过从温带过渡到水热条件。总体而言,我们的研究结果有力地表明,岩性和温度转变代表了一个相当大的生存障碍的Chloroflexi和其他稀有类群,而某些古细菌类群能够持续在热液粘土有几米深原位温度大约33°C。

3.3。地下古细菌相对丰度的变化

总土著的原核序列在顶部16.14 mbsf C0014 IODP探险331网站,恢复古细菌序列(域级别)相对丰度随深度增加(图3红色钻石)。双变量相关分析计算一个重要,但弱相关性的相对比例总古细菌序列恢复和深度和温度。然而,古细菌相对丰富的相关分析计算总额的比例序列恢复。图3,另一方面,是为了分离本土原核序列从背景噪音和演示了一个清晰的比例关系的热点深度的函数序列。值得注意的是,低于10.24 mbsf相对丰度有显著增加古细菌序列,达到92%,在所有但最深的视野(图之一3)。网站C0015样品(0.37 mbsf,黑钻石)显示一个土著热点部分大量的36%(图3),这是类似于C0014表面沉积物的网站。即使最深的网站C0014地平线古生菌的发现(16.14 mbsf)收益率大大减少总土著序列,热点的相对丰度序列仍明显高于其表面。直到最近,古生菌在海洋次表层被认为代表一个微不足道的部分活跃的地下社区(25]。然而,本研究中的数据,就像最近的发现比德尔et al。26),泰斯科和Sørenson [27),表明地下包含一个社区古生菌的一个潜在的重大贡献。相对丰度最高的古生菌在92%发生在15.30 mbsf(图3估计),相应的温度55°C(表S1)。古细菌序列代表78%的丰度在随后的示例16.14 mbsf(图3),但在测序结果不存在从更深的视野。十额外的努力恢复和增强序列样本低于16.14 mbsf失败(有关详细信息,请参阅表S1)。这些样品在10.24和16.14之间mbsf更深原位表温度接近57°C (S1)和建议社区向古细菌嗜热菌的转变。

3.4。地下古细菌类群的变化

图3显示了Bathyarchaeota(以前杂项Crenarchaeotic集团)(深蓝色圆圈)和地面温泉Crenarchaeotic集团(THSCG) Thaumarchaeota门(浅蓝色圆圈)。展览两个分类群的相对丰度的增加在更深的视野在331网站C0014 IODP探险。高度多样化的成员Bathyarchaeota全球分布在各种海洋和大陆环境。最近Bathyarchaeota古生菌的生态作用的信息揭示了不同子群organoheterotrophic和自养产乙酸菌能够降解复杂的碳水化合物聚合体的光合起源、低分了碳基质重量,和蛋白质(28- - - - - -32),有甲烷代谢的细胞机制33]。的广泛丰富Bathyarchaeota整个站点C0014(数字3S3)表明,他们可以增加温度的影响比其他细菌类群或代表持久,残余DNA。同样,THSCG变得更加丰富,特别是低于8.84 mbsf地平线(图3),古生菌代表绝大多数的土著序列。在示例从12.87 mbsf, THSCG代表~ 80%的热点序列。没有培养代表从THSCG研究;然而,记录样品组成这进化枝来自一个1 - 10 cmbsf, 100°C在冲绳海槽中部沉积物层水热场(34]。此外,序列从THSCG沉积物中也记载来自北方Iheya C0017热液领域的网站,或假定的充电海水(1]。证据显示Yanagawa等人THSCG 141 mbsf,对应83°C,这是最佳hyperthermophilic社区。因此,让人感到奇怪的是,我们发现THSCG序列在55°C沉积物层(12.87网站C0014 mbsf)。可能我们检测THSCG可能是微生物残遗从这个地平线的时候经历了热的温度波动。的外观THSCG限制这些更深层次的视野,然而,展示了最近建立的一个利基社区环境条件和支持我们的第一个假设嗜中温,海洋地下类群已经被高温微生物种群。

也显示在图3的相对含量,观察DNA扩增子代表厌氧methanotrophic古生菌(ANME,橙色方块)。ANME是微生物财团的成员参与了厌氧甲烷氧化(急性中耳炎)在缺氧的海洋沉积物35]。一般来说,由硫酸盐还原,厌氧甲烷氧化是一个关键控制甲烷通量的海洋沉积物到大气中。这些微生物协会的成员还没有被隔离,但古子组ANME-1和ANME-2已经发现与产甲烷古菌的Methanosarcinales Methanomicrobiales和通常在硫酸盐还原细菌同行(35,36]。甲烷厌氧氧化的沿海海洋沉积物,是一个重要的过程,这个过程是最近越来越关注作为发泄的营养生态生态系统的一部分(例如,瓜伊马斯盆地,加利福尼亚湾,墨西哥)(37- - - - - -39]。15.30的序列mbsf地平线土著序列代表总数的81%。尽管ANME是高度可变的相对丰度在整个Site C0014沉积物剖面(数字3和S3),最高的相对丰度的ANME 15.30 mbsf (c.a。55°C)显示一个潜在的高温政权methane-oxidizing利基。进一步分类的证据高温methane-oxidizing分类单元如图4从C0014B-2-10地平线,序列与其他出版ANME-1序列。为了最好的解决分类C0014B-2-10 ANME序列,全长16 s rRNA基因比对参考序列生成的基本拓扑约束的较短的扩增子映射。ANME-1序列通常集群基于温度(即政权。热的和冷的环境)。ANME-1序列从C0014B-2-10组是最接近其他克隆Iheya盆地高温充实和也是一个更大的进化枝的一部分与几个克隆从瓜伊马斯盆地热液沉积物。因此,丰富ANME-1代表从15.30 mbsf现场C0014显得更加类似于高温适应菌比冷,甲烷溪流式环境,表明可能丰富和活跃的高温methane-oxidizing社区。

总的来说,地球化学证据也支持生物急性中耳炎在顶部的存在~ 15米C0014泥沙资料的网站。在最顶层5 mbsf对应估计温度范围5至20°C,甲烷和硫酸浓度之间存在反比关系,是伴随着碱度的增加(图S2)。通常,sulfate-methane过渡区提供一个适合微生物驱动sulfate-dependent甲烷氧化过程产生碱度(40]。ANME序列中还发现高的相对含量,其中一些浅的视野。在甲烷浓度低于峰值~ 4 mbsf总体减少在随后4 m,表明甲烷消耗。一个气体顶部空间测量1.4 mbsf和两个7.8 mbsf显示的浓缩δ¹³CH₄10.1 - -11.7的相对于假定源气体的视野(图S2 (B, C)和表S2)。这些怀疑产热的视野是基于三个空白气体(核心的极端脱气)测量为19.22,21.36和24.81 mbsf和被认为代表源气体(平均−56.27)在整个沉积剖面研究中(图S2 (C)和表2)。这些地球化学观测站点C0014沉积物剖面符合生物急性中耳炎、生物甲烷消费叶子的浓缩¹³C在剩余的甲烷相对于源值(41]。硫酸浓度的升高与两个显示丰富视野δ¹³CH₄值介于44.5−−46.1(图S2)。浮石镜头已被记录在C0014内核,可以提供海水管道运输。然而,我们解释这个携入的海水来源的必要来源生物厌氧甲烷氧化硫酸的周边视野否则均匀,低电导率海洋粘土。观察ANME序列在整个单元中,和相对丰度在2.07 mbsf特别高,5.39 mbsf和6.74 mbsf(数字3和S3),补充的地球化学证据支持一个活跃的急性中耳炎生物圈。随后的10 - 15 mbsf视野,相应的温度范围15-55°C,也伴随着甲烷浓度随深度降低,这可能与甲烷的消耗。ANME序列与从高温类群(图15.30 mbsf地平线4(图)和代表总数的81%序列3)。虽然分类的证据表明高温methane-oxidizing利基,甲烷同位素数据显示这个社区目前可能不是完全活跃。16.14 mbsf之外,一个潜在的急性中耳炎区~ 27 mbsf是假设的甲烷浓度的降低和浓缩δ¹³CH₄相对于源甲烷(图S2 (B, C))。然而,根据DNA复苏的缺乏在这个深度,估计温度达到96°C,我们不能断定这地平线主机一个活跃的生物圈。也没有报道浮石碎屑地平线在这个示例显示入侵的海水,在那里δ¹³CH₄值的海水已报告−−52.0和48.2之间(42]。相反,非生物急性中耳炎可以发生在或接近这个深度。

4所示。结论

冲绳弧后盆地是一个独特的环境设置,分析微生物群落通过一系列温度由于其地下热液网络在大陆margin-like沉积物。这项研究代表了一个代表生命的分布和程度在其他地下环境,高温更难以达到在更大的深度。根据分类信息在这项研究中,微生物群落的更深,更热的热液粘土视野IODP探险队网站C0014有别于浅,冷却器的视野。在这项研究中,我们使用古细菌序列的自信和保守估计生物圈的范围,延伸到16 mbsf在这个概要文件。序列下,尤其是那些表明残遗植物材料,建议从土著居民减少序列产生抑制的信号和对一个土著社区做出详细的结论更脆弱。

整个异构社区构成这些沉积物展品相似其他研究海洋沉积物和这项研究的结果补充Yanagawa的结果和他的同事们(43]。许多类群确定,例如,Chloroflexi Bathyarchaeota,无处不在的分布在海洋次表层的栖息地。广泛分布的国际化Bathyarchaeota持久化到热液粘土可能表明一个地步的灵活性在广泛的温度和地质条件但也可以代表残余DNA。Chloroflexi似乎局限于上层的视野与nonhydrothermal海洋泥,这反映了地球化学,岩性和/或温度边界的微生物多样性。孤立的山峰古细菌丰度的序列可能在最近的深度指示建立适应中国热点社会突出的水热条件比其他类群。这里的未受教育的热点分类单元识别(THSCG和高温ANME-1)中观察到在很大一部分热液粘土视野也观察到在其他高温沉积物(冲绳海槽和瓜伊马斯盆地),表明高温微生物群落可能沉淀深海热泉生物地理学类似的其他生态系统。这些高温类群支持我们的第一个假设,演示了一个从嗜中温转变海洋类群在前十米最近建立温度适应社区限制越深,热的视野。这个数据集分类,结合地球化学和同位素数据,还表明,methanotrophy可能曾经是一个重要的过程发生在这些地下沉积物,特别是在高温政权。Iheya北热液领域的地下热液系统非常动态,反映了不同的地下生物圈似乎适应的范围通过水热梯度条件经验丰富,低和高的温度。总的来说,这些结果支持概念模型中,一个社区的世界性的海洋次表层细菌(例如,Chloroflexi)持续直到岩性/地球化学边界,但其他世界性的古细菌类群(即。Bathyarchaeota)持续深入热液粘土。 Additionally, the hydrothermal clay horizons show isolated peaks in abundances of specific high temperature archaeal phylotypes (e.g., thermophilic ANME and THSCG) that suggest the recent establishment of high temperature adapted microbial niches maybe have once been supported under different environmental conditions. Lastly, there is also relict DNA in horizons where the conditions suitable for certain communities have ceased (ANME, THSCG, Bathyarchaeota, and plant DNA).

相互竞争的利益

作者宣称没有利益冲突有关的出版。

确认

样品为本研究提供的综合大洋钻探计划(IODP)。作者感谢IODP探险331年科学党和探险人员上地球协助钻井,采样、测量和样本存储在331年IODP探险。他们感谢美国国家科学基金会支持这项工作通过海洋领导给予T331B40 BA-40和暗能量中心的生物圈调查(C-DEBI)批准号奥西- 0939564。这个项目也是部分支持的宾夕法尼亚州立大学天体生物学研究中心(通过美国宇航局天体生物学研究所,合作协议。NNA09DA76A)。DNA测序在一个方向上的四分之一板454 FLX +钛音序器(454生命科学)在宾夕法尼亚州立大学基因组分析中心,这部分资金使用烟草宾夕法尼亚卫生部提供的结算资金。宾夕法尼亚州立大学罗氏454设施比较基因组学和生物信息学中心资助,在某种程度上,得到了宾夕法尼亚卫生部使用烟草立法机构结算资金拨款。Illumina公司测序数据是由深碳观测站的深生物普查斯隆基金会的支持。焦磷酸测序进行海洋生物实验室(美国伍兹霍尔,MA),作者是感激的帮助下,米契·索金说苏珊•休斯约瑟夫•Vineis安德鲁•Voorhis MBL沙龙严峻,希拉里·莫里森。他们感谢博士詹妮弗·比德尔(特拉华大学,刘易斯)在分析有价值的见解和建议,是因为Yanagawa (JAMSTEC、日本)钻井液提供详细测序信息评估。 They also thank Todd Sowers at the Pennsylvania State University, Department of Geosciences, for performing the methane isotope analyses presented in this study.

补充材料