Отправлено: 28.01.21 03:33. Заголовок: Complex subsurface hydrothermal fluid mixing at a submarine arc volcano supports distinct and highly

Complex subsurface hydrothermal fluid mixing at a submarine arc volcano supports distinct and highly diverse microbial communities

Abstract
Hydrothermally active submarine volcanoes are mineral-rich biological oases contributing significantly to chemical fluxes in the deep sea, yet little is known about the microbial communities inhabiting these systems. Here we investigate the diversity of microbial life in hydrothermal deposits and their metagenomics-inferred physiology in light of the geological history and resulting hydrothermal fluid paths in the subsurface of Brothers submarine volcano north of New Zealand on the southern Kermadec arc. From metagenome-assembled genomes we identified over 90 putative bacterial and archaeal genomic families and nearly 300 previously unknown genera, many potentially endemic to this submarine volcanic environment. While magmatically influenced hydrothermal systems on the volcanic resurgent cones of Brothers volcano harbor communities of thermoacidophiles and diverse members of the superphylum “DPANN,” two distinct communities are associated with the caldera wall, likely shaped by two different types of hydrothermal circulation. The communities whose phylogenetic diversity primarily aligns with that of the cone sites and magmatically influenced hydrothermal systems elsewhere are characterized predominately by anaerobic metabolisms. These populations are probably maintained by fluids with greater magmatic inputs that have interacted with different (deeper) previously altered mineral assemblages. However, proximal (a few meters distant) communities with gene-inferred aerobic, microaerophilic, and anaerobic metabolisms are likely supported by shallower seawater-dominated circulation. Furthermore, mixing of fluids from these two distinct hydrothermal circulation systems may have an underlying imprint on the high microbial phylogenomic diversity. Collectively our results highlight the importance of considering geologic evolution and history of subsurface processes in studying microbial colonization and community dynamics in volcanic environments.

Аннотация
Гидротермально активные подводные вулканы - это богатые минералами биологические оазисы, вносящие значительный вклад в химические потоки в глубоком море, но мало что известно о микробных сообществах, населяющих эти системы. Здесь мы исследуем разнообразие микробной жизни в гидротермальных отложениях и их физиологию, основанную на метагеномике, в свете геологической истории и возникающих путей гидротермальных флюидов в недрах подводного вулкана Братьев к северу от Новой Зеландии на южной дуге Кермадек. Из геномов, собранных в метагеномах, мы идентифицировали более 90 предполагаемых геномных семейств бактерий и архей и почти 300 ранее неизвестных родов, многие из которых потенциально эндемичны для этой подводной вулканической среды. В то время как гидротермальные системы подверглись магматическому влиянию на вулканических возрождающихся конусах вулканов Братьев, гавани сообществ термоацидофилов и различных членов супертипа «DPANN», со стенкой кальдеры связаны два разных сообщества, вероятно, сформированные двумя разными типами гидротермальной циркуляции.

Сообщества, филогенетическое разнообразие которых в первую очередь совпадает с разнообразием конусов и магматическим влиянием гидротермальных систем в других местах, характеризуются преимущественно анаэробным метаболизмом.

Эти популяции, вероятно, поддерживаются флюидами с большим магматическим входом, которые взаимодействовали с различными (более глубокими) ранее измененными минеральными ассоциациями. Однако проксимальные (на расстоянии нескольких метров) сообщества с предполагаемым геном аэробным, микроаэрофильным и анаэробным метаболизмом, вероятно, поддерживаются более мелкой циркуляцией с преобладанием морской воды.

Более того, смешение флюидов из этих двух отдельных гидротермальных циркуляционных систем может иметь основной отпечаток на высоком филогеномном разнообразии микробов.

В совокупности наши результаты подчеркивают важность рассмотрения геологической эволюции и истории подземных процессов при изучении микробной колонизации и динамики сообществ в вулканических средах.