It is morning in Guaymas Basin, the seas are calm, and we will get going! We only have a total of ten dives under the best of circumstances, but will make an effort to accommodate especially Alvin novices. For this, we start with today’s dive team. Danik Forsman is piloting Alvin. Ultra-experienced deep-sea researcher Mandy Joye from the University of Georgia, co-proponent on the NSF grant that has ultimately brought us to Guaymas Basin, is accompanied by her graduate student, Andrew Montgomery. Andrew was supposed to join the previous cruise in 2016, but had to cancel in the last minute because of a soccer injury. This fall, he has not played any soccer at all. Es la mañana en la Cuenca de Guaymas, el mar está en calma, y vamos a empezar! Solamente tenemos un total de 10 oportunidades de inmersión, bajo circunstancias optimas, y queremos poner como prioridad los viajes con novatos de Alvin. Danik Forsman es el piloto hoy. La veterana investigadora Mandy Joye de la Universidad de Georgia, co-proponente de la expedición, es acompañada por su estudiante de post-grado, Andrew Montgomery. Andrew planeaba participar en la expedición a Guaymas en el 2016, pero, debido a una lección de futbol, se vio forcado a cancelar su participación ese año. Este otoño no se ha parado en la cancha.

The dive target, Cathedral Hill, is well known for its abundant microbial mats, that are visually dominated by the large sulfur-oxidizing filamentous Beggiatoaceae, some of the largest bacteria in existence. These organisms exist at interfaces where they have access to sulfide, coming up with hydrothermal fluid through the sediment, and oxygen or nitrate from the water column. The filaments oxidize sulfide to elemental sulfur and ultimately to sulfate, and use oxygen and nitrate as electron acceptors for this energy-yielding reaction. The energy is saved as Adenosin triphosphate, or ATP, and used for inorganic carbon fixation via the Calvin cycle (the same pathway as photosynthetic plants), or the reverse TCA cycle. Whhereas most Begiatoaceae are colorless, Guaymas Basin has many pigmented forms that are genetically and physiologically distinct. Investigating the physiology and genomics of these organisms is a major goal of this cruise. El objetivo de hoy, Cathedral Hill, debe su fama a sus abundantes esteras microbianas, dominadas por los filamentos, localidades de la oxidación del sulfuro, de Beggiatoaceae, una de las bacterias más grandes conocidas. Estos organismos existen en la interface donde tienen acceso directo al sulfuro que emana del lecho marino, y al oxígeno y nitrato que abundan en la columna de agua. Los filamentos oxidan el sulfuro y producen sulfuro elemental y sulfato, usando el nitrato y el oxígeno como oxidantes. Esta reacción resulta en la producción de ATP, que se usa para la fijación del carbono vía el ciclo Calvin o el ciclo TCA reversa. La mayoría de esteras de Beggiatoaceae no tienen color, pero en las Beggiatoaceae de la Cuenca de Guaymas son pigmentadas ya que parecen representar un linaje genético distinto. La investigación de la fisiología y genómica de estos organismos es enfoque de esta expedición.

Since sulfur-oxidizing bacterial mats grow on top of sediments with hydrothermal fluids, these sediments are implicitly hot; temperatures can reach over 100 Celsius within 30 centimeters. We use this link as a shortcut looking for hydrothermal sediments to sample. But first, Alvin’s in-situ heatflow probe is inserted 45 cm into the sediment to measure the temperature gradient, synchronous at 9 measurement points that are spaced 5 cm apart. For every sampling site, an entire temperature field is measured so that we can be sure all sediment cores have the desired temperature range. Esteras microbianas de bacterias que oxidan el sulfuro cresen sobre sedimentos donde emana fluidos hidroquímicos, estos fluidos son implícitamente de alta temperatura, y las temperaturas en los sedimentos pueden sobre-pasar los 100C en solo 30 cm de profundidad. La sonda térmica de Alvin, a 45 cm de profundidad debajo del lecho marino, tomad datos de temperatura a cada 5cm. El campo de temperatura de cada sitio de ejemplares es investigado para conectar las actividades biológicas con gradientes térmicos.

The pilot places the core tubes artfully into the sediment, one next to the other; the top flaps (made from a flexible grey membrane) form a tight seal when the cores are pulled out and placed back into the sampling basket. When the sediments are very hot, the pilot has to race against the clock, as the plastic material of the core tubes begins to soften and to melt, in particular at the bottom end that is exposed to the highest temperatures; some cores could only be recovered as abstract art. El piloto coloca los tubos de núcleos en el sedimento con finesa, uno al lado del otro; el tapón superior (hecho de una membrana gris flexible) mantiene el núcleo bajo succión y conserva el ejemplar en el tubo después que es retirado del lecho y puesto en la caja del submarino. Cuando los sedimentos tienen temperaturas elevadas, el piloto tiene que trabajar rápido, ya que el plástico de los tubos de núcleo se puede derretir. Los tubos que se derriten podrían pasar por arte abstracto de muy alto nivel.
Unusual animal life can be found everywhere in Guaymas Basin. Here, a small forest of wire-like deep-sea corals is populated by deep-sea shrimp. For reasons that are not very clear, these shrimp and other crustaceans are often bright pink or red-pigmented, although there is no natural light in Guaymas Basin. Inusual vida animal se encuentra por doquier en la Cuenca de Guaymas. Pequeños bosques de corales de aguas profundas son colonizadas por camarones de aguas profundas. Por razones desconocidas, estos camarones y otros crustáceos tienen un color rosa o rojizo, aunque no existe la luz natural en la Cuenca de Guaymas.

This dive turns out to be very successful; over 30 sediment cores are recovered from the hot hydrothermal areas of Cathedral Hill. The shipboard labs spring into action after Alvin and the dive team returns, fully equipped for everything. Core processing is the first order of the evening; sediments and their microbial inhabitants have to be as fresh as possible for microbial process rate measurements and assays of cellular activity. Esta misión fue muy exitosa; más de 30 ejemplares de núcleos fueron recolectados. El laboratorio estará lleno de actividad cuando Alvin regresa a la superficie. Todos los ejemplares serán procesados esta misma noche ya que las investigaciones biológicas, particular mente datos de actividad celular, requieren procesamiento inmediato.
Cores are processed in the cold room at 4C, where Guangchao Zhang, postdoc in the Joye lab, and Andrew smile even after midnight – these are very good cores with that special smell of success, a heady mix of sulfide and hydrocarbons, and they are excellent candidates for high rates of anaerobic processes, such as sulfate reduction, methanogenesis and methane oxidation. Los nucleos son procesados en un cuarto frio, a 4C, donde Guangchao Zuhang, postdoc en el laboratorio de Joye, y Andrew sonríen después de la media noche- estos núcleos huelen al éxito, una mescla de sulfato e hidrocarburos, y son candidatos excelentes para medir procesos anaeróbicos como la reducción del sulfato, methanogenesis y la oxidación del metano.
In a more temperate shipboard lab, Roland and Viola are starting to prep their sediment samples for BONCAT analysis; microbes are offered a fake fluorescent amino acid that they take up, and become fluorescent themselves. This staining method can be applied to many experimental manipulations, for example temperature variations or different chemical stimuli or stress factors, and it can be combined with staining methods that identify specific evolutionary groups of microorganisms. By testing how particular microbes retain their appetite under different conditions, it is possible to do physiological experiments with the natural diversity of environmentally abundant bacteria and archaea. En temperaturas más amigables, Roland y Viola preparan sus ejemplares para el análisis BONCAT; los microbios comen amino ácidos fluorescentes y comienzan a fluorecer. La manipulación de este método, bajo variantes de temperatura o químicos, puede identificar linajes evolucionarios de microorganismos. Estos experimentos basados en el apetito de los microbios permiten explorar la fisiología y diversidad natural de las bacterias y Archaea más abundantes en este hábitat.
