11.662 Virus yang Baru Diidentifikasi Mengungkap Kehidupan Tersembunyi di Zona Pertambangan Laut Dalam Pasifik

Komunitas virus yang luas di bawah kawasan pertambangan

Para ilmuwan yang meneliti sedimen dari Zona Clarion-Clipperton di Samudra Pasifik telah mengidentifikasi 11.742 virus berbeda, termasuk 11.662 jenis yang belum pernah tercatat, di kawasan yang menarik minat besar perusahaan pencari logam dari dasar laut. Virus yang baru diidentifikasi itu mencakup lebih dari 99% dari total temuan, mengungkap bagian ekosistem yang sebagian besar belum terdata dan dapat terganggu oleh pertambangan.

Penelitian yang diterbitkan di Nature Communications ini melibatkan Bowen Hou dan Lilan Zhang dari Chongqing University serta Dong Sung dari Second Institute of Oceanography China. Tim mereka meneliti lebih dari 60 sampel sedimen yang dikumpulkan pada 2023 dan 2024 dari kawasan antara Hawaii dan Meksiko, tempat kedalaman laut mencapai sekitar 6.000 meter.

Sebagian besar virus tampaknya beradaptasi untuk menginfeksi bakteri dan arkea, dua kelompok organisme mikroskopis yang membantu mendaur ulang nutrisi di dasar laut. Temuan ini berkaitan dengan cara kerja ekosistem terpencil, dengan sedikit indikasi adanya ancaman langsung terhadap kesehatan manusia.

Penemuan ini muncul ketika para peneliti menyelidiki dua persoalan yang saling terkait: bagaimana pertambangan dapat mengubah komunitas mikroskopis di dasar laut, dan apakah kawasan lindung dapat membantu habitat yang rusak pulih. Sebuah studi pemodelan komputer terpisah menunjukkan bahwa 13 kawasan lindung di wilayah itu hanya bertukar sedikit larva hewan, sementara ekspedisi Eropa meneliti kerusakan akibat uji coba peralatan pertambangan pada 2021.

Secara bersama-sama, berbagai penyelidikan ini memberikan angka konkret untuk persoalan konservasi yang pelik. Para ilmuwan masih mengidentifikasi organisme yang hidup di zona pertambangan, sementara pemerintah dan perusahaan mempertimbangkan kegiatan yang akan menghilangkan habitat mereka dan mengganggu sedimen di sekitarnya.

Bagaimana peneliti menemukan virus tersembunyi

Tim peneliti China mengekstrak DNA dan RNA, molekul yang membawa informasi genetik, dari inti sedimen yang dikumpulkan selama dua tahun pengambilan sampel tersebut. Mereka menggunakan sekuensing metagenomik, metode untuk membaca materi genetik dari sampel lingkungan campuran tanpa perlu menumbuhkan setiap organisme secara terpisah di laboratorium.

Metode ini memungkinkan para ilmuwan mencari jejak genetik banyak virus sekaligus dari sejumlah kecil lumpur. Perbandingan dengan sekuens yang sudah ada kemudian membantu mereka mengidentifikasi kelompok virus yang berbeda dan menyelidiki organisme apa yang mungkin diinfeksi virus tersebut.

Hanya sekitar 4% kelompok protein yang diidentifikasi dalam penelitian ini cocok dengan basis data global yang sudah ada. Protein menjalankan banyak fungsi di dalam sel dan virus, dan peneliti mengelompokkan protein serupa untuk mencari kesamaan fungsi atau hubungan evolusioner. Rendahnya tingkat kecocokan menunjukkan betapa sedikit keragaman genetik laut dalam ini yang telah didata.

Dua persentase utama tersebut menggambarkan ukuran yang berbeda. Lebih dari 99% mengacu pada virus yang belum pernah tercatat; sekitar 4% mengacu pada kecocokan antara kelompok protein dan entri basis data. Keduanya menunjukkan bahwa komunitas ini hanya sedikit terwakili dalam catatan ilmiah yang ada.

Peran virus di dasar laut

Bakteri dan arkea menjalankan reaksi kimia yang menggerakkan karbon, nitrogen, fosfor, belerang, dan logam melalui sedimen laut dalam. Di tempat tanpa sinar matahari, reaksi tersebut membantu menopang jaring makanan setempat serta menentukan bagaimana materi disimpan atau dilepaskan.

Virus memengaruhi proses-proses ini dengan menginfeksi mikroba inang. Sebagian membawa gen metabolik tambahan, yakni instruksi genetik yang dapat mengubah cara sel yang terinfeksi memproses nutrisi atau menghadapi lingkungannya. Tim mengidentifikasi petunjuk genetik yang mengindikasikan bahwa virus di kawasan nodul dapat memengaruhi metabolisme mikroba, termasuk kemungkinan respons terhadap tekanan logam.

Fungsi-fungsi tersebut masih perlu diteliti lebih lanjut. Sekuens genetik membantu peneliti mengidentifikasi kemungkinan aktivitas; pengukuran komunitas hidup diperlukan untuk memastikan bagaimana aktivitas tersebut berlangsung di seluruh dasar laut.

Para peneliti menjelaskan tujuan survei mereka di Nature Communications:

baseline penting ekosistem mikroba sebelum pertambangan untuk penilaian dampak lingkungan di masa mendatang.

Data dasar adalah catatan kondisi sebelum suatu kegiatan dimulai. Dalam hal ini, data tersebut memberi survei mendatang titik awal untuk melacak perubahan komunitas virus, inangnya, dan proses kimia yang didukungnya.

Mengapa dasar laut yang sama menarik minat perusahaan tambang

Zona Clarion-Clipperton memiliki akumulasi nodul polimetalik terbesar yang diketahui di dunia. Batuan-batuan ini mengandung mangan, nikel, kobalt, dan logam lain yang dibutuhkan untuk keperluan industri, termasuk elektronik dan baterai.

Menurut angka yang menyertai penelitian virus tersebut, International Seabed Authority telah memberikan 31 kontrak untuk eksplorasi mineral laut dalam. Tujuh belas di antaranya berada di Zona Clarion-Clipperton, termasuk lima yang dipegang China. Kontrak eksplorasi memungkinkan penyelidikan endapan dan kondisi lingkungan; ekstraksi komersial memerlukan proses regulasi lanjutan.

Nodul juga menyediakan permukaan keras di dasar laut yang selebihnya didominasi lumpur halus. Hewan menempel pada nodul, dan sebagian hewan itu menyediakan tempat berlindung bagi hewan lain. Karena itu, mengambil nodul berarti menghilangkan material mineral sekaligus tempat hidup.

Dr. Matthias Haeckel, ahli biogeokimia di GEOMAR Helmholtz Centre for Ocean Research Kiel sekaligus ilmuwan utama ekspedisi SONNE yang menyelidiki dampak pertambangan, menjelaskan organisme yang hidup di sana:

Biasanya, kami menemukan dua hingga tiga organisme kecil pada setiap nodul,

Nodul tumbuh dengan sangat lambat. Catatan ekspedisi Haeckel menyebut laju sekitar satu hingga dua milimeter per satu juta tahun. Laju pertumbuhan berbeda-beda menurut jenis dan lokasi nodul, tetapi pemulihan habitat ini membutuhkan waktu geologis, jauh melampaui durasi proyek pertambangan.

Gangguan dapat meluas melampaui jalur alat pengumpul

Kendaraan pertambangan akan mengambil nodul dan mengaduk sedimen permukaan. Partikel halus dapat terangkat ke dalam air, terbawa arus, lalu mengendap kembali dan menutupi organisme di luar jalur langsung alat pengumpul. Hewan yang melekat pada nodul hanya memiliki sedikit kesempatan untuk melarikan diri.

Haeckel menjelaskan dampak material yang mengendap itu terhadap berbagai jenis hewan:

Sebagian organisme dapat membersihkan diri, sementara yang lain tidak. Organisme yang menyaring makanan dari air juga sangat mungkin terdampak,

Studi virus ini menunjukkan adanya lapisan gangguan lain di bawah hewan yang terlihat. Perubahan sedimen dapat mengubah tempat hidup virus dan inangnya, cara mereka bertemu, serta cara komunitas mikroba memproses nutrisi dan logam. Eksperimen gangguan sebelumnya yang dikutip para penulis menemukan dampak pada sedimen kawasan nodul yang bertahan selama puluhan tahun.

Tim juga mengidentifikasi kemungkinan sumber pemulihan sebagian: populasi virus dan fungsi genetik yang sama-sama ditemukan di sedimen yang lebih dalam dan di permukaan. Komunitas di lapisan lebih dalam mungkin membantu membangun kembali sebagian komunitas permukaan setelah terjadi gangguan. Sejauh mana kontribusi itu, serta dampak pertambangan terhadap virus dan inangnya, masih belum diketahui.

Kembali ke uji coba pertambangan 2021

Ekspedisi SO322 kapal penelitian SONNE sedang meneliti lokasi di Zona Clarion-Clipperton tempat perusahaan Belgia Global Sea Mineral Resources menguji alat pengumpul kendali jarak jauh pada musim semi 2021. Uji coba berlangsung di kedalaman lebih dari 4.000 meter.

Selama 74 jam, mesin itu menempuh sekitar 32 kilometer dan mengumpulkan nodul di area seluas 54.000 meter persegi. Luasnya setara 5,4 hektare, cukup besar bagi peneliti untuk mengkaji jalur yang dilalui alat tersebut serta sedimen di sekitarnya yang terdampak uji coba.

Ekspedisi ini melibatkan 39 peneliti dari 17 lembaga di tujuh negara Eropa. Peralatannya mencakup kendaraan yang dikendalikan dari jarak jauh KIEL 6000, kendaraan bawah laut otonom ABYSS, instrumen yang ditempatkan di dasar laut, dan perangkat pengambilan sampel sedimen. Kegiatan ini merupakan bagian dari MiningImpact, program penelitian yang mengkaji potensi dampak pertambangan sejak 2015.

Para ilmuwan berencana meneliti habitat di dasar laut dan di perairan, menilai berapa lama dampak gumpalan sedimen bertahan, serta menyelidiki apakah permukaan keras buatan dapat mendukung kolonisasi ulang di tempat nodul telah diambil.

Haeckel menjelaskan skala pekerjaan identifikasi yang masih harus dilakukan:

Banyak spesies di CCZ sangat langka; sekitar 90% spesies yang telah kami ambil sampelnya sejauh ini masih belum teridentifikasi dan belum memiliki nama. Dan tak seorang pun tahu berapa banyak spesies yang masih harus ditemukan,

Perkiraan itu merujuk pada spesies yang diambil sampelnya oleh para peneliti ekspedisi, sedangkan angka 99% dalam studi virus merujuk pada virus yang baru tercatat dalam survei sedimen mereka. Masing-masing mengukur bagian berbeda dari keanekaragaman hayati kawasan yang masih minim pendataan.

Kawasan lindung hanya memiliki sedikit jalur penghubung

Studi yang dipimpin Molly Kendall James dan rekan-rekannya, diterbitkan di Nature Ecology & Evolution, mengkaji apakah 13 Kawasan dengan Kepentingan Lingkungan Khusus di Zona Clarion-Clipperton berfungsi sebagai jaringan konservasi yang saling terhubung.

Banyak hewan dasar laut memulai hidup sebagai larva yang terbawa arus. Jika larva dapat berpindah antarkawasan lindung, populasi dapat bertukar gen dan memasok individu baru ke lokasi lain. Para peneliti memodelkan pergerakan itu dengan data sirkulasi laut dan lebih dari 68 juta partikel simulasi untuk setiap proses simulasi.

Partikel tersebut mewakili larva yang hanyut dekat dasar laut selama 19, 35, atau 69 hari. Simulasi mencakup Januari dan Juli pada 2019 dan 2023. Bahkan dalam durasi terlama, median jarak tempuh tetap di bawah 100 kilometer, sementara jarak antarkawasan lindung sekitar 200 hingga 800 kilometer.

Hanya lima dari 156 kemungkinan koneksi langsung antarkawasan lindung yang menunjukkan adanya pertukaran. Kurang dari 0,02% larva simulasi yang dilepaskan dari satu kawasan lindung mencapai kawasan lain, dan tiga jalur menyumbang lebih dari 99% perpindahan antarkawasan lindung.

Model tersebut membatasi larva agar tetap berada sekitar 10 meter dari dasar laut. Masa hidup larva yang sebenarnya di kawasan itu belum banyak diketahui, dan pergerakan lebih tinggi ke arus berbeda dapat mengubah perjalanan mereka. Hasil ini menggambarkan konektivitas yang diperkirakan dalam kondisi-kondisi tersebut, sekaligus memberi perencana titik awal yang dapat diuji.

Dari mana pemulihan dapat bermula

Dalam model tersebut, 76% larva yang menetap di kawasan pertambangan berasal dari dalam zona pertambangan, 19% dari kawasan tak terlindungi di luar zona pertambangan, dan hanya 5% dari jaringan kawasan lindung. Dengan demikian, sebelum terjadi gangguan, populasi setempat memasok sebagian besar larva yang mengisi kembali kawasan.

Para peneliti kemudian menguji skenario ketika kawasan pertambangan berhenti memasok larva. Kawasan tak terlindungi di luar zona pertambangan menyediakan 81% larva yang tersisa, sementara kawasan lindung memasok 19%. Pergeseran ini menunjukkan mengapa habitat di luar kawasan lindung yang ditetapkan dapat sangat penting bagi pemulihan.

Tim mengidentifikasi 53 sel koridor yang diusulkan, masing-masing berukuran 100 kali 100 kilometer, yang dapat menghubungkan kawasan lindung yang ada melalui habitat perantara. Luas gabungannya mencapai 530.000 kilometer persegi.

Perlindungan sel-sel tersebut memungkinkan terbentuknya 151 jalur tidak langsung dalam model dan meningkatkan perpindahan antarkawasan lindung hingga 406 kali lipat. Proporsi partikel yang dilepaskan dari kawasan lindung dan mencapai kawasan lindung lain meningkat dari sekitar satu dari 5.556 menjadi satu dari 14.

Hanya 11% area koridor yang diusulkan bertumpang tindih dengan zona kontrak yang ada. Dalam skenario gangguan, jaringan kawasan lindung yang diperluas memasok 36% larva yang menetap di kawasan pertambangan, dibandingkan dengan 19% dalam pengaturan saat ini.

Model tersebut mengkaji hilangnya sumber larva. Gumpalan sedimen, kebisingan, dan dampak lain yang meluas melampaui batas pertambangan memerlukan penilaian lebih lanjut. Kontribusi praktisnya adalah mengidentifikasi lokasi tempat perlindungan habitat tambahan dapat memperbaiki jalur perpindahan antarpopulasi.

Keputusan kian dekat sementara survei berlanjut

Bukti yang tersedia kini mencakup survei genetik, model sirkulasi laut, dan pemeriksaan langsung di lokasi uji coba pertambangan. Masing-masing menjawab bagian berbeda dari keputusan yang sama: apa yang dapat hilang, bagaimana gangguan menyebar, dan di mana pemulihan mungkin bermula.

Peristiwa utama dan langkah berikutnya yang telah diumumkan meliputi:

• 2015: MiningImpact mulai mengkaji dampak lingkungan dari potensi pertambangan di laut dalam.
• Musim semi 2021: Global Sea Mineral Resources menguji alat pengumpulnya di Zona Clarion-Clipperton.
• 2023 dan 2024: Peneliti mengumpulkan sampel sedimen yang digunakan dalam survei virus.
• Ekspedisi SO322: Para ilmuwan menyelidiki dampak jangka panjang uji coba 2021 dan kemungkinan jalur kolonisasi ulang.
• 19 November 2026: Dua lelang izin sewa dasar laut Amerika Serikat di lepas Samoa Amerika dijadwalkan, menurut rencana yang diumumkan.

Usulan Samoa Amerika menyangkut lokasi berbeda di Pasifik dari Zona Clarion-Clipperton. Kedua area sewa yang diusulkan mencakup lebih dari 31 juta hektare secara gabungan dan berada di sebelah Monumen Nasional Kelautan Rose Atoll. Gubernur Pulaali'i Nikolao Pula menentang ekstraksi mineral komersial di perairan wilayah tersebut.

Usulan Amerika Serikat ini menggambarkan tekanan yang lebih luas untuk membuka endapan di dasar laut Pasifik sementara penyelidikan ekologi masih berlangsung. Di Zona Clarion-Clipperton, katalog virus baru ini menawarkan perangkat konkret untuk penilaian lingkungan: peneliti kini dapat mencari perubahan pada ribuan kelompok virus yang sebelumnya belum tercatat, bersama dengan perubahan pada hewan, kimia sedimen, dan konektivitas antarahabitat.

Untuk perencanaan konservasi, berbagai studi ini menunjukkan dua tugas yang harus berjalan beriringan. Para ilmuwan perlu memahami organisme dan proses di suatu bagian dasar laut, sementara regulator perlu mempertimbangkan keterhubungan bagian itu dengan kawasan di sekitarnya. Pengambilan nodul memengaruhi hal pertama; terganggunya jalur kolonisasi ulang memengaruhi hal kedua.

Poin Utama

• Peneliti mengidentifikasi 11.742 virus dalam sedimen Zona Clarion-Clipperton, termasuk 11.662 jenis yang belum pernah tercatat.
• Sebagian besar tampaknya berkaitan dengan bakteri dan arkea serta dapat memengaruhi siklus nutrisi dan respons terhadap logam.
• Gangguan sedimen dapat berdampak pada komunitas virus maupun hewan yang hidup di nodul.
• Model sirkulasi menemukan hanya lima koneksi langsung dari 156 kemungkinan jalur di antara 13 kawasan lindung.
• Penambahan 53 koridor habitat yang diusulkan sangat meningkatkan konektivitas dalam model.
• Ekspedisi SONNE meneliti dampak uji coba pertambangan 2021 untuk membantu penilaian lingkungan dan regulasi.