מחזורי פחמן, חנקן וגופרית חושפים בתי גידול מיקרוביאליים במעמקי תעלת אטאקמה

חיים בחושך העמוק

הרחק מתחת לגלים מול צפון צ'ילה, קרקעית הים קרה, חשוכה ונראית שוממת. עם זאת, המשקעים הללו מאכלסים קהילות מיקרוביאליות פעילות שממחזרות בשקט יסודות מרכזיים ותורמות לשמירת כושר החיים של האוקיינוס. המחקר הזה חוקר מי הם אותם מיקרובים וכיצד הם ייחודיים לפרנסתם בעומקים של אזור תעלת אטאקמה, וחושף גם מערכת מעמיקה "מזונה בגשם" וגם אואזיס נסתר המונע על ידי אנרגיה כימית הזולגת מתחת לפני הקרקע.

שתי דרכים להזין אוקיינוס עמוק

החוקרים הצטרפו למסע לאגן תעלת פרו–צ'ילה, והתמקדו במשקעים אביסליים בעומקים של כ‑2,400 עד 4,000 מטר מתחת לפני הים. רוב המקומות שנבדקו היו קרקעית ים טיפוסית, שבה החיים מתבססים על טיפה איטית של "שלג ימי" – חלקיקים זעירים של פלנקטון מת ומזהמים אחרים השוקעים מהשכבה המוארת של פני המים. באתרים אלה הקהילות המיקרוביאליות היו מפתיעות ביוחדותן לאורך עשרות קילומטרים. חיידקים וארכאונים שלטו והרוויחו את פרנסתם בעיקר בפירוק החומר האורגני המזדקן הזה, תוך שימוש בחמצן היכן שהיה זמין ומעבר למסלולים אחרים בעומק הבוץ.

אואזיס כימי בקרקעית הים

אולם אתר אחד בלט. בעומק של כחצי 2,800 מטר, רכב מונחה מרחוק גילה משקעים כהים, שטיחים מיקרוביאליים לבנים בוהקים ומיטות של צדפות גדולות. הרמזים הללו התוו נביעת קור – נקודה שבה נוזלים עשירים כימית זולגים מהקרקעית ללא החום של מעיין תרמי. כאן, במקום להסתמך ברובו על פסולת נופלת מלמעלה, נראה שרבים מהמיקרובים מפיקים אנרגיה מתרכובות גופרית מחוזרות העולות מלמטה. הצוות אסף ליבות משקעים בתוך ובסביבת מוקד זה כדי להשוות בין כימיה וביולוגיה של המקום לבין המישור הסובב.

רמזים הכתובים במינרלים ובמולקולות

בחזרה במעבדה, המשקעים סיפרו סיפור שכבות. ברחבי האזור גרגרי קוורץ ושאר שברי סלע נשזרו עם שברי דיאטומים מהאוקיינוס העליון, מה שאישש את הקשר ל"שלג הימי". אך באתר הנביעה המיוחד, הסנטימטר העליון של המשקע הכיל גבישים קטנים של דולומיט, ושכבות עמוקות היו מלאות במינרלים של גופרית ברזל כגון פיריט. יחד עם ריכוזי גופרית וברזל מוגברים, המינרלים האלה הצביעו על כך שנוזלי הנביעה יצרו בעבר תגובות כימיות עזות בבוץ. במקביל, מדידות מי הנימים הראו חמצן מועט וסימני חיזור חזקים בשכבות העמוקות – תנאים אידיאליים למיקרובים המשתמשים בסולפט ותרכובות אחרות במקום בחמצן לנשימה.

מיקרובים הסוחרים בגופרית, לא במתאן

הצוות השתמש במטא־טרנסקריפטומיקה, השיטה שקוראת גנים שבביטוי פעיל, כדי למפות אילו מיקרובים עושים מה. מחוץ לנביעה הקהילות נשלטו על ידי חיידקים וארכאונים אוהבי חמצן שמחמצנים אמוניה ומעבדים חנקן, פחמן ומעט גופרית. בתוך הנביעה, השטיחים הפנימיים שגשגו בחיידקים מחמצני גופרית הקרובים לצורות חוטיות לבנות קלאסיות, יחד עם צדפות המאכילות שותפים פנימיים שאוכלים גופרית. כמה סנטימטרים בלבד מטה, הקהילה השתנתה בחדות: משתמשי חמצן דהו, ומומחי אנאירוביה השתלטו, כולל מיקרובים שמחזרים סולפט לסולפיד, מקבעים פחמן תוך שימוש בפחמן דו‑חמצני מומס ומפרקים תרכובות אורגניות עקשניות. באופן בולט, הארכאונים האופייניים האוכלים מתאן שנמצאים ברבים מנביעות קר היו כמעט חסרים, וגנים מרכזיים לעיבוד מתאן היו נדירים, דבר שמצביע על מערכת שמונעת בעיקר על ידי גופרית ולא על ידי מתאן.

מה שהעולם הנסתר הזה מגלה לנו

ביחד, העדויות הגיאולוגיות והגנטיות מציירות תמונה של נוף קרקעית ימי בעל שני מצבי חיים משולבים. רוב קרקעית הים באזור זה מאכלסת קהילות ששרדו על ההתפוררות האיטית של שלג ימי, ממחזרות פחמן וחנקן באופן די יציב. לעומת זאת, נביעת הקור פועלת כאואזיס מקומי שבו אנרגיה כימית מתרכובות גופרית מחוזרות תומכת בשטיחים צפופים של חיידקים, צדפות ומיקרוביום תת‑משטחי מתמחה מאוד. נוכחות דולומיט מתמוסס ופיריט בשפע מרמזת שהנביעה אולי היתה חזקה יותר בעבר, אך גם היום מחזורי הגופרית נשארים אינטנסיביים. לצופה מן השורה, המסר המרכזי הוא שהאוקיינוס העמוק אינו מדבר אחיד: דליפות עדינות של אנרגיה כימית יכולות לחתוך בתי גידול מובחנים, שכל אחד מהם מאכלס שחקנים זעירים משלו שמעצבנים בשקט את מעגלי הפחמן, החנקן והגופרית העולמיים.

ציטוט: Arribas Tiemblo, M., Azua-Bustos, A., Sánchez-España, J. et al. Carbon, nitrogen, and sulfur cycling unveil deep-sea microbial niches in the Atacama Trench. Nat Commun 17, 4606 (2026). https://doi.org/10.1038/s41467-026-70869-3

מילות מפתח: מיקרואורגניזמים מעמקים, נביעת קור, מחזור גופרית, שלג ימי, תעלת אטאקמה