11,662 Virus yang Baru Dikenal Mendedahkan Kehidupan Tersembunyi di Zon Perlombongan Laut Dalam Pasifik

Komuniti virus yang luas di bawah kawasan perlombongan

Saintis yang mengkaji sedimen dari Zon Clarion-Clipperton di Lautan Pasifik telah mengenal pasti 11,742 virus yang berbeza, termasuk 11,662 jenis yang belum pernah direkodkan, di kawasan yang menarik minat mendalam syarikat-syarikat yang mahu mendapatkan logam dari dasar laut. Virus yang baru dikenal pasti itu merangkumi lebih 99% daripada jumlah keseluruhan, sekali gus mendedahkan bahagian ekosistem yang sebahagian besarnya belum dikatalogkan dan boleh terganggu oleh aktiviti perlombongan.

Penyelidikan yang diterbitkan dalam Nature Communications itu melibatkan Bowen Hou dan Lilan Zhang dari Universiti Chongqing serta Dong Sung dari Institut Oseanografi Kedua China. Pasukan mereka meneliti lebih 60 sampel sedimen yang dikumpulkan pada 2023 dan 2024 dari kawasan antara Hawaii dengan Mexico, dengan kedalaman laut sekitar 6,000 meter.

Kebanyakan virus itu kelihatan menyesuaikan diri untuk menjangkiti bakteria dan arkea, dua kumpulan organisma mikroskopik yang membantu mengitar semula nutrien di dasar laut. Penemuan ini berkaitan dengan fungsi ekosistem terpencil, dengan sedikit ancaman langsung yang ketara terhadap kesihatan manusia.

Penemuan ini dibuat ketika penyelidik mengkaji dua masalah yang saling berkaitan: bagaimana perlombongan boleh mengubah komuniti mikroskopik di dasar laut, dan sama ada kawasan perlindungan dapat membantu habitat yang rosak pulih. Satu kajian pemodelan komputer berasingan mencadangkan bahawa 13 kawasan perlindungan di rantau itu bertukar sangat sedikit larva haiwan, manakala ekspedisi Eropah sedang mengkaji kerosakan yang ditinggalkan oleh percubaan peralatan perlombongan pada 2021.

Secara keseluruhan, kajian-kajian ini memberikan angka khusus bagi masalah pemuliharaan yang sukar. Saintis masih mengenal pasti organisma yang hidup di zon perlombongan itu, sementara kerajaan dan syarikat mempertimbangkan kegiatan yang akan menghapuskan habitat mereka dan mengganggu sedimen di sekitarnya.

Bagaimana penyelidik menemui virus tersembunyi

Pasukan penyelidik China mengekstrak DNA dan RNA, molekul yang membawa maklumat genetik, daripada teras sedimen yang dikumpulkan dalam dua tahun pensampelan tersebut. Mereka menggunakan penjujukan metagenomik, kaedah membaca bahan genetik daripada sampel persekitaran bercampur tanpa perlu membiakkan setiap organisma secara berasingan di makmal.

Kaedah ini membolehkan saintis mencari kesan genetik pelbagai virus sekali gus dalam sedikit lumpur. Perbandingan dengan jujukan sedia ada kemudian membantu mereka mengenal pasti kumpulan virus yang berbeza dan mengkaji organisma yang mungkin dijangkiti virus tersebut.

Hanya kira-kira 4% kelompok protein yang dikenal pasti dalam kajian itu sepadan dengan pangkalan data global sedia ada. Protein menjalankan pelbagai tugas di dalam sel dan virus, dan penyelidik mengelompokkan protein yang serupa untuk mencari fungsi bersama atau hubungan evolusi. Kadar padanan yang rendah itu menunjukkan betapa sedikit kepelbagaian genetik laut dalam ini telah dikatalogkan.

Dua peratusan utama itu merujuk kepada ukuran yang berbeza. Lebih 99% merujuk kepada virus yang belum pernah direkodkan; kira-kira 4% pula merujuk kepada padanan antara kelompok protein dengan entri pangkalan data. Kedua-duanya menunjukkan komuniti yang kurang terwakili dalam rekod saintifik sedia ada.

Fungsi virus ini di dasar laut

Bakteria dan arkea menjalankan tindak balas kimia yang menggerakkan karbon, nitrogen, fosforus, sulfur dan logam melalui sedimen laut dalam. Di tempat yang tidak menerima cahaya matahari, tindak balas itu membantu mengekalkan siratan makanan setempat serta menentukan cara bahan disimpan atau dilepaskan.

Virus mempengaruhi proses ini dengan menjangkiti perumah mikrob. Sesetengahnya membawa gen metabolik tambahan, iaitu arahan genetik yang boleh mengubah cara sel yang dijangkiti memproses nutrien atau menghadapi persekitarannya. Pasukan itu mengenal pasti petunjuk genetik yang menunjukkan virus di kawasan nodul mungkin mempengaruhi metabolisme mikrob, termasuk kemungkinan tindak balas terhadap tekanan logam.

Fungsi tersebut masih memerlukan kajian lanjut. Jujukan genetik memberi penyelidik cara untuk mengenal pasti aktiviti yang berkemungkinan berlaku; pengukuran komuniti hidup diperlukan untuk menentukan cara aktiviti itu berlangsung di seluruh dasar laut.

Para penyelidik menerangkan tujuan tinjauan mereka dalam Nature Communications:

garis dasar penting ekosistem mikrob sebelum perlombongan untuk penilaian kesan alam sekitar pada masa hadapan.

Garis dasar ialah rekod keadaan sebelum sesuatu kegiatan bermula. Dalam hal ini, rekod tersebut memberikan titik permulaan bagi tinjauan pada masa hadapan untuk menjejaki perubahan dalam komuniti virus, perumahnya dan proses kimia yang disokongnya.

Mengapa dasar laut yang sama menarik minat pelombong

Zon Clarion-Clipperton mengandungi himpunan nodul polimetalik terbesar yang diketahui di dunia. Ketulan ini mengandungi mangan, nikel, kobalt dan logam lain yang diperlukan untuk kegunaan industri, termasuk elektronik dan bateri.

Pihak Berkuasa Dasar Laut Antarabangsa telah memberikan 31 kontrak untuk penerokaan mineral laut dalam, menurut angka yang disertakan bersama penyelidikan virus itu. Sebanyak 17 daripadanya terletak di Zon Clarion-Clipperton, termasuk lima yang dipegang oleh China. Kontrak penerokaan membenarkan kajian terhadap deposit dan keadaan alam sekitar; pengekstrakan komersial memerlukan proses kawal selia selanjutnya.

Nodul juga menyediakan permukaan keras di dasar laut yang selainnya didominasi lumpur halus. Haiwan melekat padanya, dan sesetengah haiwan itu menyediakan tempat berlindung kepada haiwan lain. Oleh itu, penyingkiran nodul bukan sahaja menghapuskan bahan mineral, tetapi juga tempat untuk hidup.

Dr Matthias Haeckel, ahli biogeokimia di Pusat Penyelidikan Lautan GEOMAR Helmholtz Kiel dan ketua saintis ekspedisi SONNE yang mengkaji kesan perlombongan, menerangkan hidupan yang terdapat padanya:

Biasanya, kami menemui dua hingga tiga organisma kecil pada setiap nodul,

Pertumbuhan nodul amat perlahan. Catatan ekspedisi Haeckel menyatakan kadarnya sekitar satu hingga dua milimeter setiap sejuta tahun. Kadarnya berbeza mengikut jenis dan lokasi nodul, tetapi pembentukan semula habitat ini memerlukan masa geologi, jauh melebihi tempoh projek perlombongan.

Gangguan boleh merebak melangkaui laluan jentera pengumpul

Kenderaan perlombongan akan menyingkirkan nodul dan mengacau sedimen permukaan. Zarah halus boleh naik ke dalam air, hanyut dan mendap semula, lalu menutupi organisma di luar laluan langsung jentera pengumpul. Haiwan yang melekat pada nodul mempunyai peluang yang tipis untuk melarikan diri.

Haeckel menerangkan bagaimana bahan yang mendap itu boleh menjejaskan pelbagai haiwan:

Sesetengah organisma boleh membersihkan diri, yang lain tidak. Organisma yang menapis makanan daripada air juga berkemungkinan besar terjejas,

Kajian virus itu menunjukkan satu lagi lapisan gangguan di bawah haiwan yang kelihatan. Peralihan sedimen boleh mengubah lokasi hidup virus dan perumahnya, cara kedua-duanya bertemu serta cara komuniti mikrob memproses nutrien dan logam. Eksperimen gangguan terdahulu yang dirujuk penulis mendapati kesannya dalam sedimen kawasan nodul berlanjutan selama beberapa dekad.

Pasukan itu turut mengenal pasti kemungkinan sumber pemulihan separa: populasi virus dan fungsi genetik yang dikongsi oleh sedimen yang lebih dalam dan sedimen permukaan. Komuniti di lapisan lebih dalam mungkin menyumbang kepada pembentukan semula sesetengah komuniti permukaan selepas gangguan. Sejauh mana sumbangan itu, serta kesan perlombongan terhadap virus dan perumahnya, masih belum diketahui.

Kembali ke tapak percubaan perlombongan 2021

Ekspedisi SO322 kapal penyelidikan SONNE sedang mengkaji sebuah tapak di Zon Clarion-Clipperton, tempat syarikat Belgium Global Sea Mineral Resources menguji jentera pengumpul kawalan jauh pada musim bunga 2021. Percubaan itu berlangsung pada kedalaman melebihi 4,000 meter.

Dalam tempoh 74 jam, jentera itu bergerak kira-kira 32 kilometer dan mengumpulkan nodul di kawasan seluas 54,000 meter persegi. Luas itu bersamaan 5.4 hektar, cukup besar untuk membolehkan penyelidik mengkaji laluan jentera itu sendiri serta sedimen sekeliling yang terjejas oleh percubaan tersebut.

Ekspedisi itu menghimpunkan 39 penyelidik dari 17 institusi di tujuh negara Eropah. Peralatannya termasuk kenderaan kendalian jauh KIEL 6000, kenderaan bawah air autonomi ABYSS, instrumen yang diletakkan di dasar laut dan peranti pensampelan sedimen. Kerja ini sebahagian daripada MiningImpact, program penyelidikan yang mengkaji kemungkinan kesan perlombongan sejak 2015.

Saintis merancang untuk mengkaji habitat di dasar laut dan di dalam air, menilai tempoh kesan kepulan sedimen berterusan serta menyiasat sama ada permukaan keras buatan boleh menyokong penempatan semula organisma di kawasan nodul yang telah disingkirkan.

Haeckel menerangkan skala kerja pengenalpastian yang masih perlu dilakukan:

Banyak spesies di CCZ amat jarang ditemui; kira-kira 90% spesies yang kami sampel setakat ini masih belum dikenal pasti dan belum mempunyai nama. Tiada siapa tahu berapa banyak lagi spesies yang masih belum ditemui,

Anggaran itu merujuk kepada spesies yang disampel oleh penyelidik ekspedisi, manakala angka 99% dalam kajian virus merujuk kepada virus yang baru direkodkan dalam tinjauan sedimennya. Setiap angka mengukur bahagian berbeza daripada kepelbagaian hidupan rantau itu yang masih kurang dikatalogkan.

Kawasan perlindungan mempunyai sedikit laluan penghubung

Satu kajian yang diketuai Molly Kendall James dan rakan-rakannya, diterbitkan dalam Nature Ecology & Evolution, mengkaji sama ada 13 Kawasan Berkepentingan Alam Sekitar Khusus di Zon Clarion-Clipperton berfungsi sebagai rangkaian pemuliharaan yang saling terhubung.

Banyak haiwan dasar laut memulakan kehidupan sebagai larva yang dibawa arus. Jika larva boleh bergerak antara kawasan perlindungan, populasi mungkin bertukar gen dan membekalkan individu baharu ke lokasi lain. Para penyelidik memodelkan pergerakan itu menggunakan data peredaran lautan dan lebih 68 juta zarah simulasi bagi setiap larian model.

Zarah tersebut mewakili larva yang hanyut berhampiran dasar laut selama 19, 35 atau 69 hari. Simulasi meliputi Januari dan Julai pada 2019 dan 2023. Walaupun bagi tempoh paling panjang, jarak perjalanan median kekal di bawah 100 kilometer, berbanding jarak kira-kira 200 hingga 800 kilometer antara kawasan perlindungan.

Hanya lima daripada 156 kemungkinan hubungan langsung antara kawasan perlindungan menunjukkan sebarang pertukaran. Kurang daripada 0.02% larva simulasi yang dilepaskan dari satu kawasan perlindungan tiba di kawasan lain, dan tiga laluan menyumbang lebih 99% pemindahan antara kawasan perlindungan.

Model itu mengekalkan larva dalam lingkungan kira-kira 10 meter dari dasar laut. Jangka hayat sebenar larva di rantau ini kurang diketahui, dan berenang lebih tinggi untuk memasuki arus yang berbeza boleh mengubah perjalanan mereka. Dapatan itu menggambarkan hubungan yang dijangkakan dalam keadaan khusus tersebut, sekali gus memberikan titik permulaan yang boleh diuji oleh perancang.

Dari mana pemulihan boleh bermula

Dalam model itu, 76% larva yang mendap di kawasan perlombongan berasal dari dalam zon perlombongan sendiri, 19% dari kawasan tidak dilindungi di luar zon perlombongan dan hanya 5% daripada rangkaian kawasan perlindungan. Oleh itu, populasi setempat membekalkan sebahagian besar penggantian yang disimulasikan sebelum gangguan berlaku.

Penyelidik kemudian menguji senario apabila kawasan perlombongan berhenti membekalkan larva. Kawasan tidak dilindungi di luar zon perlombongan membekalkan 81% daripada larva yang masih mendap, manakala kawasan perlindungan membekalkan 19%. Perubahan itu menunjukkan mengapa habitat di luar kawasan perlindungan yang ditetapkan boleh memainkan peranan besar dalam pemulihan.

Pasukan itu mengenal pasti 53 sel koridor yang dicadangkan, setiap satunya berukuran 100 kali 100 kilometer, yang boleh menghubungkan kawasan perlindungan sedia ada melalui habitat perantara. Jumlah luasnya ialah 530,000 kilometer persegi.

Perlindungan terhadap sel-sel itu membolehkan 151 laluan tidak langsung dalam model dan meningkatkan pergerakan antara kawasan perlindungan sebanyak 406 kali ganda. Peratus zarah yang dilepaskan dari kawasan perlindungan dan tiba di kawasan perlindungan lain meningkat daripada kira-kira satu dalam 5,556 kepada satu dalam 14.

Hanya 11% daripada kawasan koridor yang dicadangkan bertindih dengan zon kontrak sedia ada. Dalam senario gangguan, rangkaian kawasan perlindungan yang diperluas membekalkan 36% daripada larva yang masih mendap di kawasan perlombongan, berbanding 19% di bawah susunan sedia ada.

Model itu mengkaji kehilangan sumber larva. Kepulan sedimen, bunyi dan kesan lain yang merebak melangkaui sempadan perlombongan memerlukan penilaian lanjut. Sumbangan praktikal model itu ialah mengenal pasti kawasan yang perlindungan habitat tambahan boleh memperbaik laluan antara populasi.

Keputusan semakin hampir sementara tinjauan diteruskan

Bukti yang ada kini merangkumi tinjauan genetik, model peredaran lautan dan pemeriksaan langsung terhadap tapak percubaan perlombongan. Setiap satunya menangani bahagian berbeza dalam keputusan yang sama: apa yang mungkin hilang, bagaimana gangguan merebak dan dari mana pemulihan mungkin bermula.

Peristiwa utama dan langkah seterusnya yang diumumkan termasuk:

• 2015: MiningImpact memulakan kajian tentang kesan alam sekitar daripada kemungkinan perlombongan di laut dalam.
• Musim bunga 2021: Global Sea Mineral Resources menguji jentera pengumpulnya di Zon Clarion-Clipperton.
• 2023 dan 2024: Penyelidik mengumpulkan sampel sedimen yang digunakan dalam tinjauan virus.
• Ekspedisi SO322: Saintis mengkaji kesan percubaan 2021 dan kemungkinan laluan untuk penempatan semula organisma.
• 19 November 2026: Dua jualan pajakan dasar laut Amerika Syarikat di luar Samoa Amerika dijadualkan, menurut pelan yang diumumkan.

Cadangan Samoa Amerika melibatkan lokasi lain di Pasifik, berbeza daripada Zon Clarion-Clipperton. Kedua-dua kawasan pajakan yang dicadangkan meliputi lebih 31 juta ekar secara keseluruhan dan terletak bersebelahan Monumen Kebangsaan Marin Rose Atoll. Gabenor Pulaali'i Nikolao Pula menentang pengekstrakan mineral komersial di perairan wilayah itu.

Cadangan Amerika Syarikat itu menggambarkan tekanan lebih luas untuk membuka deposit dasar laut Pasifik ketika penyiasatan ekologi masih berlangsung. Di Zon Clarion-Clipperton, katalog virus baharu itu menawarkan alat konkrit untuk penilaian alam sekitar: penyelidik kini boleh mencari perubahan dalam ribuan kumpulan virus yang sebelum ini tidak direkodkan, di samping perubahan pada haiwan, kimia sedimen dan hubungan antara habitat.

Bagi perancangan pemuliharaan, kajian-kajian ini menunjukkan dua tugas yang perlu dijalankan serentak. Saintis perlu memahami organisma dan proses di dalam sesuatu kawasan dasar laut, sementara pihak pengawal selia perlu mempertimbangkan hubungan kawasan itu dengan kawasan sekeliling. Penyingkiran nodul menjejaskan perkara pertama; gangguan terhadap laluan penempatan semula menjejaskan perkara kedua.

Perkara Utama

• Penyelidik mengenal pasti 11,742 virus dalam sedimen Zon Clarion-Clipperton, termasuk 11,662 jenis yang belum pernah direkodkan.
• Kebanyakannya kelihatan berkaitan dengan bakteria dan arkea serta mungkin mempengaruhi kitaran nutrien dan tindak balas terhadap logam.
• Gangguan sedimen boleh menjejaskan komuniti virus serta haiwan yang hidup pada nodul.
• Model peredaran mendapati hanya lima hubungan langsung daripada 156 kemungkinan laluan antara 13 kawasan perlindungan.
• Penambahan 53 koridor habitat yang dicadangkan meningkatkan hubungan dengan ketara dalam model.
• Ekspedisi SONNE sedang mengkaji kesan percubaan perlombongan 2021 untuk membantu penilaian alam sekitar dan peraturan.