Hydrothermal vents at Alarcón Rise

April 21, 2015

Corinna Breusing writes: 6 a.m.: Time to get up to watch the launch of the ROV Doc Ricketts in 30 minutes. It will take about 1.5 hours for the ROV to reach the seafloor and allow us to take another glimpse at the mysterious world of deep-sea vents in the Gulf of California. Today we are going to explore hydrothermal systems of the Alarcón Rise, and I am excited to see what the dive holds for us this time.

Having done genetic work on Indo-Pacific vent mussels as an MBARI summer intern in 2014, my mentor Bob Vrijenhoek invited me to travel from Germany to take part in this cruise and learn more about deep-sea research outside the molecular lab, and, in particular, about how the collection and processing of samples works on a ship.

After four days aboard the R/V Western Flyer, I cannot find another term than “wonders” to describe the incredible things we experience here every day. Fairy-tale castles of vent chimneys surrounded by meadows of colorful tube worms, fields of giant white clams surrounded by deep-sea crabs and zoarcid fishes, and many bizarre-looking animals that have possibly not been recorded before.

Two species of limpets (brown and white) and scaleworms inhabit a bacteria-covered chimney.

Two species of limpets (brown and white) and scaleworms inhabit a bacteria-covered chimney.

8 a.m.: The ROV arrives at the bottom, and after a short while, we discover our first Pompeii worms (Alvinella pompejana) next to “beehive” smokers along the flank of a tall chimney called “Heavy Smoker”. These animals are usually found near the hottest spots on hydrothermal vents, where temperatures can reach several hundred degrees Celsius. They survive these hostile conditions by convective cooling of their bodies from the surrounding cooler seawater.

The excitement increases in the ROV control room. It is interesting to see how more experienced researchers— scientists who have studied vent ecosystems for several decades —cannot help but get fascinated and find new things about these surreal places and their inhabitants. This is one indication of how little we still know about them.

Beehive diffusers are delicate anhydrate features that have hot water diffusing through them. We observed many of these structures on this particular chimney.

Beehive diffusers are delicate anhydrate features that have hot water diffusing through them. We observed many of these structures on this particular chimney.

To better understand the biodiversity and ecology of hydrothermal vents, we collect samples of the fauna, microbiology, and environmental conditions of the habitat by either using push cores, suction samplers, or the manipulator arms of the ROV. All steps are precisely recorded in a notebook and on high-definition videotapes.

Two species of worms common to these vents. The hesinoid (bottom) is a species that was noticeably absent during the Pescadero Basin vent dives.

Two species of worms common to these vents. The hesinoid (bottom) is a species that was noticeably absent during the Pescadero Basin vent dives.

4.30 p.m.: The ROV Doc Ricketts has left this wonderland and brings our samples onboard, where we immediately start with our analyses. Using the knowledge I’ve acquired over the last few days, I help with the dissection of the numerous Riftia tube worms we collected for genetic investigations. It is not an easy task, as I have to remove these fragile animals from their extremely rigid and tight housings. But I finally manage to do so and continue with sorting and preserving the other organisms according to taxonomic groups. These samples will provide our team with information about the genetic diversity of vent communities within the Gulf of California. After characterizing these vent communities, we will be able to compare them to vent systems in other parts of the world.

Corinna processing a sample of Riftia. She has already expelled it from its tube (held left).

Corinna processing a sample of Riftia. She has already expelled it from its tube (held left).

8 p.m.: We finish early today and I find time to write my cruise log, noticing how difficult it is to mirror my experiences in words. Four days of exploration are left and I am full of expectations for further surprises that might await us on the remaining dives.

German translation to follow!

6 Uhr: Zeit zum Aufstehen, um in 30 Minuten den Start des ROV Doc Ricketts zu sehen. Es wird ungefähr 1,5 Stunden dauern bis das ROV den Meeresboden erreicht und uns erneut in die mysteriöse Welt der Tiefseeschlote im Golf von Kalifornien eintauchen lässt. Heute werden wir Hydrothermalsysteme des Alarcón Rise untersuchen und ich bin gespannt was der Tauchgang dieses Mal für uns bereithält.

Nachdem ich 2014 innerhalb des MBARI Sommerpraktikums genetische Arbeiten an Indo-Pazifischen Schlot-Miesmuscheln durchgeführt hatte, lud mich mein Mentor Bob Vrijenhoek ein an dieser Ausfahrt teilzunehmen und mehr über Tiefseeforschung außerhalb des Molekularlabors zu lernen, insbesondere darüber wie Proben genommen und an Bord eines Schiffes weiterverarbeitet werden.

Vier Tage auf der R/V Western Flyer sind nun vergangen und ich finde kein anderes Wort als “Wunder”, um die unglaublichen Dinge zu beschreiben, die wir hier jeden Tag zu Gesicht bekommen. Märchenschlösser aus Schwarzen Rauchern, die von bunten Wiesen aus Bartwürmern umsäumt werden, Felder von riesigen weißen Muscheln, die ein Zuhause für Tiefseekrebse und Aalmuttern bilden, etliche bizarr aussehende Tiere, welche vorher vermutlich noch nicht beschrieben worden sind.

8 Uhr: Wir kommen am Meeresboden an und entdecken nach kurzer Zeit unsere ersten Pompeji-Würmer (Alvinella pompejana), gleich neben einigen “Bienenstock”-Rauchern an der Flanke eines großen Schlots namens “Heavy Smoker”. Diese Tiere findet man üblicherweise an den heißesten Stellen Schwarzer Raucher, wo die Temperaturen mehrere hundert Grad Celsius erreichen können. Sie überleben diese feindlichen Bedingungen, indem sie ihre Körper durch Konvektionsströmungen kühlen. Steigende Spannung im ROV Kontrollraum. Es ist interessant zu sehen wie auch erfahrenere Forscher — Wissenschaftler, die seit Jahrzehnten an hydrothermalen Ökosystemen arbeiten — einfach nur Faszination über diese surrealen Orte und ihre Einwohner empfinden können und immer noch neue Entdeckungen machen. Ein Zeichen dafür wie wenig wir über all dies wissen.

Um die Biodiversität und Ökologie von Hydrothermalschloten besser zu verstehen, nehmen wir Proben der Fauna, der Mikrobiologie und der Umweltbedingungen im Habitat, entweder mittels Pushcores, Saugdruck oder der Manipulatorarme des ROVs. Alle Schritte werden mit hoher Präzision in einem Notizbuch und auf hochauflösendem Videoband festgehalten.

16.30 Uhr: Das ROV Doc Ricketts hat dieses Unterwasser-Wunderland verlassen und bringt unsere Proben zurück zur Oberfläche, wo wir sofort mit den Analysen beginnen. Mithilfe meiner neu erworbenen Kenntnisse aus den vergangenen Tagen, helfe ich mit der Sezierung zahlreicher Riftia-Bartwürmer, um sie für genetische Untersuchungen vorzubereiten. Gar nicht so einfach, da ich diese fragilen Tiere aus ihren extrem rigiden und engen Behausungen herausholen muss. Aber ich schaffe es schließlich und mache mich daran die anderen Organismen anhand ihrer taxonomischen Gruppe zu sortieren und zu konservieren. Diese Proben werden unserem Team wertvolle Informationen über die genetische Vielfalt von hydrothermalen Gemeinschaften im Golf von Kalifornien liefern. Nach eingehender Charakterisierung werden wir außerdem in der Lage sein die hiesigen Gemeinschaften mit denen aus anderen Teilen der Welt zu vergleichen.

20 Uhr: Wir sind heute früh fertig und ich finde Zeit meinen Report für die Ausfahrt zu schreiben. Dabei merke ich wie schwierig es ist meine Erfahrungen in Worten wiederzugeben. Vier Explorationstage liegen noch vor uns und ich bin gespannt welche weiteren Überraschungen wohl auf den nächsten Tauchgängen auf uns warten.

—Corinna Breusing