Subsurface environments host diverse microorganisms in fluid-filled fractures; however, little is known about how geological and hydrological processes shape the subterranean biosphere. Here, we sampled three flowing boreholes weekly for 10 mo in a 1478-m-deep fractured rock aquifer to study the role of fracture activity (defined as seismically or aseismically induced fracture aperture change) and advection on fluid-associated microbial community composition. We found that despite a largely stable deep-subsurface fluid microbiome, drastic community-level shifts occurred after events signifying physical changes in the permeable fracture network. The community-level shifts include the emergence of microbial families from undetected to over 50% relative abundance, as well as the replacement of the community in one borehole by the earlier community from a different borehole. Null-model analysis indicates that the observed spatial and temporal community turnover was primarily driven by stochastic processes (as opposed to deterministic processes). We, therefore, conclude that the observed community-level shifts resulted from the physical transport of distinct microbial communities from other fracture(s) that outpaced environmental selection. Given that geological activity is a major cause of fracture activity and that geological activity is ubiquitous across space and time on Earth, our findings suggest that advection induced by geological activity is a general mechanism shaping the microbial biogeography and diversity in deep-subsurface habitats across the globe.

中文翻译：

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地质活动通过平流塑造了深层地下含水层中的微生物组。

地下环境在充满流体的裂缝中拥有多种微生物；然而，人们对地质和水文过程如何塑造地下生物圈知之甚少。在这里，我们每周对 1478 米深的裂缝性岩石含水层中的三个流动钻孔进行采样，为期 10 个月，以研究裂缝活动（定义为地震或抗震引起的裂缝孔径变化）和平流对流体相关微生物群落组成的作用。我们发现，尽管深层地下流体微生物组基本稳定，但在表明可渗透裂缝网络发生物理变化的事件发生后，群落水平发生了剧烈变化。社区层面的变化包括微生物家族的出现，从未被发现到超过 50% 的相对丰度，以及用来自不同钻孔的早期社区替换一个钻孔中的社区。空模型分析表明，观察到的时空社区更替主要由随机过程驱动（与确定性过程相反）。因此，我们得出结论，观察到的群落水平变化是由不同微生物群落从其他超过环境选择的裂缝中物理迁移引起的。鉴于地质活动是断裂活动的主要原因，并且地质活动在地球上的空间和时间中无处不在，我们的研究结果表明，由地质活动引起的平流是塑造整个地球深部地下栖息地的微生物生物地理学和多样性的一般机制。地球。空模型分析表明，观察到的时空社区更替主要由随机过程驱动（与确定性过程相反）。因此，我们得出结论，观察到的群落水平变化是由不同微生物群落从其他超过环境选择的裂缝中物理迁移引起的。鉴于地质活动是断裂活动的主要原因，并且地质活动在地球上的空间和时间中无处不在，我们的研究结果表明，由地质活动引起的平流是塑造整个地球深部地下栖息地的微生物生物地理学和多样性的一般机制。地球。空模型分析表明，观察到的时空社区更替主要由随机过程驱动（与确定性过程相反）。因此，我们得出结论，观察到的群落水平变化是由不同微生物群落从其他超过环境选择的裂缝中物理迁移引起的。鉴于地质活动是断裂活动的主要原因，并且地质活动在地球上的空间和时间中无处不在，我们的研究结果表明，由地质活动引起的平流是塑造整个地球深部地下栖息地的微生物生物地理学和多样性的一般机制。地球。因此，得出的结论是，观察到的群落水平变化是由不同微生物群落从其他超过环境选择的裂缝中物理迁移造成的。鉴于地质活动是断裂活动的主要原因，并且地质活动在地球上的空间和时间中无处不在，我们的研究结果表明，由地质活动引起的平流是塑造整个地球深部地下栖息地的微生物生物地理学和多样性的一般机制。地球。因此，得出的结论是，观察到的群落水平变化是由不同微生物群落从其他超过环境选择的裂缝中物理迁移造成的。鉴于地质活动是断裂活动的主要原因，并且地质活动在地球上的空间和时间中无处不在，我们的研究结果表明，由地质活动引起的平流是塑造整个地球深部地下栖息地的微生物生物地理学和多样性的一般机制。地球。