GERBAM — Deuxième Colloque International de Bactériologie marine — CNRS, Brest, 1-5 octobre 1984
IFREMER, Actes de Colloques, 3, 1986, pp. 325-332
38
THERMOPHILIC BACTERIA ASSOCIATED WITH BLACK SMOKERS ALONG
THE EAST PACIFIC RISE
J.W. DEMING
Chesapeake Bay Institute, The Johns Hopkins University, 4800 Atwell Road, SHADY
SIDE Maryland 20764 (USA)
ABSTRACT - At depths of about 2 600 m along the East Pacific Rise, sulfide chimneys or «black smokers» are
emitting superheated fluids at temperatures of about 350°C into cold seawater. Dissolved in these fluids are a
suite of gases, including CH
4
, H
2
, CO, and N
2
O. Baross and colleagues reported the production and utilization
of some of these gases at 100°C and atmospheric pressure by bacterial communities cultured from black-smoker
fluids collected at 21°N. Subsequently, we obtained evidence for the growth of these bacteria at 265 atm pressure
and temperatures of at least 250°C, and for their possible production of CH
4
at 300°C. In this paper, the
evidence for (and against) bacterial growth at high temperature and pressure is reviewed and results of new
laboratory and field studies at 13°N and the Juan de Fuca Ridge are presented.
Key words : thermophilic bacteria, black smokers, pressure.
RÉSUMÉ - A des profondeurs de 2 600 m, le long de la dorsale Est-Pacifique, des cheminées de sulfures ou
«fumeurs noirs» émettent des fluides à une température de 350°C dans des eaux froides. Plusieurs gaz dont CH
4
,
H
2
, CO et N
2
O sont dissous dans ces fluides. Baross et ses collègues ont montré la production et l’utilisation de
plusieurs de ces gaz par des communautés bactériennes, prélevées au niveau des fluides des «fumeurs noirs» à
une latitude de 21°N, et cultivées à 100°C sous pression atmosphérique. Par la suite nous avons eu la preuve que
ces bactéries peuvent se développer sous des pressions de 260 atm. et à des températures d’au moins 250°C, ainsi
que celle de leur capacité à produire du CH
4
à 300°C. Dans cette publication, les arguments en faveur (ou contre)
le développement bactérien à hautes température et pression sont réexaminés et les résultats de nouvelles études
au laboratoire et sur le terrain, entre 13°N et la ride de Juan de Fuca sont présentées.
Mots clés : bactéries thermophiles, fumeurs noirs, pression.
INTRODUCTION
A recent series of submersible expeditions at depths of about 2 600 m along the East
Pacific Rise have revealed sulfide chimneys or «black smokers», 3-17 m high, scattered
along axes of seafloor spreading centers (Corliss et al. 1979 ; Spiess et al. 1980 ; Edmond et
al. 1982). Spewing from these submarine vents into the surrounding, cold seawater are jets
of hydrothermal fluid at temperatures sometimes exceeding 350°C (hydrostatic pressures
at the depths of emerging vents keep seawater liquid to 460°C ; Chen 1981). The venting
fluids contain supersaturated levels of reduced gases and metals (Corliss et al. 1979 ;
Welhan and Craig 1979 ; Lilley et al, 1982 ; Edmond et al. 1982), potential sources of
inorganic energy for chemosynthetic bacteria. Early microbiological studies at the vents
established that such bacteria abound at relatively mild temperatures (2 - 40°C) on
surfaces and in seawater surrounding the vents, and serve as the primary producers in the
vent food chain (Corliss et al. 1979 ; Karl, Wirsen, and Jannasch 1980).
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IFREMER, Actes de Colloques, 3, 1986, pp. 325-332
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THERMOPHILIC BACTERIA ASSOCIATED WITH BLACK SMOKERS ALONG
THE EAST PACIFIC RISE
J.W. DEMING
Chesapeake Bay Institute, The Johns Hopkins University, 4800 Atwell Road, SHADY
SIDE Maryland 20764 (USA)
ABSTRACT - At depths of about 2 600 m along the East Pacific Rise, sulfide chimneys or «black smokers» are
emitting superheated fluids at temperatures of about 350°C into cold seawater. Dissolved in these fluids are a
suite of gases, including CH
4
, H
2
, CO, and N
2
O. Baross and colleagues reported the production and utilization
of some of these gases at 100°C and atmospheric pressure by bacterial communities cultured from black-smoker
fluids collected at 21°N. Subsequently, we obtained evidence for the growth of these bacteria at 265 atm pressure
and temperatures of at least 250°C, and for their possible production of CH
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at 300°C. In this paper, the
evidence for (and against) bacterial growth at high temperature and pressure is reviewed and results of new
laboratory and field studies at 13°N and the Juan de Fuca Ridge are presented.
Key words : thermophilic bacteria, black smokers, pressure.
RÉSUMÉ - A des profondeurs de 2 600 m, le long de la dorsale Est-Pacifique, des cheminées de sulfures ou
«fumeurs noirs» émettent des fluides à une température de 350°C dans des eaux froides. Plusieurs gaz dont CH
4
,
H
2
, CO et N
2
O sont dissous dans ces fluides. Baross et ses collègues ont montré la production et l’utilisation de
plusieurs de ces gaz par des communautés bactériennes, prélevées au niveau des fluides des «fumeurs noirs» à
une latitude de 21°N, et cultivées à 100°C sous pression atmosphérique. Par la suite nous avons eu la preuve que
ces bactéries peuvent se développer sous des pressions de 260 atm. et à des températures d’au moins 250°C, ainsi
que celle de leur capacité à produire du CH
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à 300°C. Dans cette publication, les arguments en faveur (ou contre)
le développement bactérien à hautes température et pression sont réexaminés et les résultats de nouvelles études
au laboratoire et sur le terrain, entre 13°N et la ride de Juan de Fuca sont présentées.
Mots clés : bactéries thermophiles, fumeurs noirs, pression.
INTRODUCTION
A recent series of submersible expeditions at depths of about 2 600 m along the East
Pacific Rise have revealed sulfide chimneys or «black smokers», 3-17 m high, scattered
along axes of seafloor spreading centers (Corliss et al. 1979 ; Spiess et al. 1980 ; Edmond et
al. 1982). Spewing from these submarine vents into the surrounding, cold seawater are jets
of hydrothermal fluid at temperatures sometimes exceeding 350°C (hydrostatic pressures
at the depths of emerging vents keep seawater liquid to 460°C ; Chen 1981). The venting
fluids contain supersaturated levels of reduced gases and metals (Corliss et al. 1979 ;
Welhan and Craig 1979 ; Lilley et al, 1982 ; Edmond et al. 1982), potential sources of
inorganic energy for chemosynthetic bacteria. Early microbiological studies at the vents
established that such bacteria abound at relatively mild temperatures (2 - 40°C) on
surfaces and in seawater surrounding the vents, and serve as the primary producers in the
vent food chain (Corliss et al. 1979 ; Karl, Wirsen, and Jannasch 1980).
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