The basal zone of glaciers is characterized by physicochemical properties that are distinct from firnified ice due to strong interactions with underlying substrate and bedrock. Basal ice (BI) ecology and the roles that the microbiota play in biogeochemical cycling, weathering, and proglacial soil formation remain poorly described. We report on basal ice geochemistry, bacterial diversity (16S rRNA gene phylogeny), and inferred ecological roles at three temperate Icelandic glaciers. We sampled three physically distinct basal ice facies (stratified, dispersed, and debris bands) and found facies dependent on biological similarities and differences; basal ice character is therefore an important sampling consideration in future studies. Based on a high abundance of silicates and Fe-containing minerals and, compared to earlier BI literature, total C was detected that could sustain the basal ice ecosystem. It was hypothesized that C-fixing chemolithotrophic bacteria, especially Fe-oxidisers and hydrogenotrophs, mutualistically support associated heterotrophic communities. Basal ice-derived rRNA gene sequences corresponding to genera known to harbor hydrogenotrophic methanogens suggest that silicate comminution-derived hydrogen can also be utilized for methanogenesis. PICRUSt-predicted metabolism suggests that methane metabolism and C-fixation pathways could be highly relevant in BI, indicating the importance of these metabolic routes. The nutrients and microbial communities release from melting basal ice may play an important role in promoting pioneering communities establishment and soil development in deglaciating forelands.

中文翻译：

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以铁和硅酸盐粉碎衍生的氢为燃料的冰川基底冰中活跃的微生物生态系统

由于与下伏基质和基岩的强烈相互作用，冰川基底带的物理化学性质不同于硬化冰。基础冰 (BI) 生态学和微生物群在生物地球化学循环、风化和前冰期土壤形成中的作用仍然鲜为人知。我们报告了三个温带冰岛冰川的基础冰地球化学、细菌多样性（16S rRNA 基因系统发育）和推断的生态作用。我们对三个物理上不同的基底冰相（分层带、分散带和碎屑带）进行了采样，并发现了依赖于生物相似性和差异性的相；因此，基础冰的特征是未来研究中一个重要的抽样考虑因素。基于大量的硅酸盐和含铁矿物，与早期的 BI 文献相比，检测到可以维持基础冰生态系统的总 C。据推测，固碳化学单养细菌，尤其是铁氧化菌和氢营养菌，相互支持相关的异养群落。与已知含有氢营养型产甲烷菌的属相对应的基础冰衍生 rRNA 基因序列表明，硅酸盐粉碎衍生的氢也可用于产甲烷。PICRUSt 预测的代谢表明甲烷代谢和 C 固定途径可能与 BI 高度相关，表明这些代谢途径的重要性。基底冰融化释放的营养物质和微生物群落可能在促进消冰前地先驱群落建立和土壤发育方面发挥重要作用。据推测，固碳化学单养细菌，尤其是铁氧化菌和氢营养菌，相互支持相关的异养群落。与已知含有氢营养型产甲烷菌的属相对应的基础冰衍生 rRNA 基因序列表明，硅酸盐粉碎衍生的氢也可用于产甲烷。PICRUSt 预测的代谢表明甲烷代谢和 C 固定途径可能与 BI 高度相关，表明这些代谢途径的重要性。基底冰融化释放的营养物质和微生物群落可能在促进消冰前地先驱群落建立和土壤发育方面发挥重要作用。据推测，固碳化学单养细菌，尤其是铁氧化菌和氢营养菌，相互支持相关的异养群落。与已知含有氢营养型产甲烷菌的属相对应的基础冰衍生 rRNA 基因序列表明，硅酸盐粉碎衍生的氢也可用于产甲烷。PICRUSt 预测的代谢表明甲烷代谢和 C 固定途径可能与 BI 高度相关，表明这些代谢途径的重要性。基底冰融化释放的营养物质和微生物群落可能在促进消冰前地先驱群落建立和土壤发育方面发挥重要作用。相互支持相关的异养社区。与已知含有氢营养型产甲烷菌的属相对应的基础冰衍生 rRNA 基因序列表明，硅酸盐粉碎衍生的氢也可用于产甲烷。PICRUSt 预测的代谢表明甲烷代谢和 C 固定途径可能与 BI 高度相关，表明这些代谢途径的重要性。基底冰融化释放的营养物质和微生物群落可能在促进消冰前地先驱群落建立和土壤发育方面发挥重要作用。相互支持相关的异养社区。与已知含有氢营养型产甲烷菌的属相对应的基础冰衍生 rRNA 基因序列表明，硅酸盐粉碎衍生的氢也可用于产甲烷。PICRUSt 预测的代谢表明甲烷代谢和 C 固定途径可能与 BI 高度相关，表明这些代谢途径的重要性。基底冰融化释放的营养物质和微生物群落可能在促进消冰前地先驱群落建立和土壤发育方面发挥重要作用。与已知含有氢营养型产甲烷菌的属相对应的基础冰衍生 rRNA 基因序列表明，硅酸盐粉碎衍生的氢也可用于产甲烷。PICRUSt 预测的代谢表明甲烷代谢和 C 固定途径可能与 BI 高度相关，表明这些代谢途径的重要性。基底冰融化释放的营养物质和微生物群落可能在促进消冰前地先驱群落建立和土壤发育方面发挥重要作用。与已知含有氢营养型产甲烷菌的属相对应的基础冰衍生 rRNA 基因序列表明，硅酸盐粉碎衍生的氢也可用于产甲烷。PICRUSt 预测的代谢表明甲烷代谢和 C 固定途径可能与 BI 高度相关，表明这些代谢途径的重要性。基底冰融化释放的营养物质和微生物群落可能在促进消冰前地先驱群落建立和土壤发育方面发挥重要作用。