熱水噴出孔
マイクロバイオーム機能に関する研究からは、宿主関連のマイクロバイオームは宿主の発生、栄養、捕食者に対する防御、および解毒において、重要であることを示している。一方でその見返りに、宿主は炭素、硫化物、酸素などの化学合成に必要な化学物質を共生生物に提供している、いわゆる相利共生の関係が構築されている、と考えられている。
熱水噴出孔の生態系に関する研究の初期には、これらの環境で多細胞生物が栄養素を獲得するメカニズムと、その極端な環境条件下でどのようにして生き残ることができているのかに関して、さまざまな理論が提唱された。熱水噴出孔での化学独立栄養細菌が二枚貝の食餌に寄与するという仮定が出されたのは、1977年になってからである。そして1981年に、巨大チューブワームは化学独立栄養細菌の内部共生によって栄養の獲得していることが明らかになった。そしてさらなる研究から、このような化学独立栄養生物と大型動物相の無脊椎動物種の間の共生関係は、他の様々な生物においても構築されていることが判明してきた。たとえば1983年には、ハマグリの鰓組織に細菌の内部共生体が含まれていることが確認された。1984年には、bathymodiolid属のムール貝とvesicomyidae科のアサリも、内部共生生物を持つことが判明した。
ただし、代謝関係と同様に、生物が共生生物を獲得するメカニズムは異なる。たとえばチューブワームには口も腸もないが、栄養に対処を取り込む栄養膜(トロフォソーム、英:trophosome)が存在し、そこで内部共生生物が見つかる。
そして、O、H2S、およびCO2などの化合物を取り込んでトロフォソームの内部共生生物に栄養を与えるように、チューブワームの先端にある赤い「飾り羽」が利用されている。驚くべきことに、チューブワームのヘモグロビン(飾り羽が明るい赤色になる原因である)は、通常は酸素と硫化物は非常に反応性であるにもかかわらず、硫化物による干渉や阻害なしに酸素を運ぶことができる。この理由は2005年に判明し、チューブワームのヘモグロビン内の硫化水素に結合する亜鉛イオンのために、硫化物が酸素と反応することが阻害されることが原因であることが明らかになった。またこのことは、チューブワームの体組織が硫化物にさらされる機会を減らし、効率的に細菌に硫化物を与えて化学独立栄養を誘導することに繋がっている。また、チューブワームは2つの異なる方法でCO 2を代謝でき、環境条件の変化に応じて必要に応じて2つを交互に切り替えることができることも明らかになった。
1988年に、大型のベント軟体動物であるAlvinochonca hessleriから、チオトロフィック(硫化物酸化)細菌が確認された。硫化物の毒性を回避するために、貝はまずそれをチオ硫酸塩に変換してから、共生生物に送る。ペクチノイドホタテ貝(pectinid scallops)などの熱水噴出孔フィールドの端に住んでいる生物も、鰓に共生生物を生息させているが、細菌の密度は噴出口の近くに住んでいる生物に比べて低い。
チューブワームの体組織1gあたり1000万のバクテリアが寄生しているという。チューブワームは先端の赤い冠毛状の部分で硫化水素・酸素・二酸化炭素などを取り込み、特殊なヘモグロビンと結合させて、ワームと共生するバクテリア(硫黄酸化微生物)に供給する。その代償に、このバクテリアは有機化合物を合成してワームに供給する。熱水噴出孔に生息するチューブワームの種としてはTevnia jerichonanaとRiftia pachyptilaが知られている。
またアメリカ領サモアのナファヌア(Nafanua)海底火山近くでは、ウナギ(Dysommina rugosa)ばかりが固まって生息する、通称「うなぎ街(Eel City)」が発見されている。ウナギ自体が珍しいわけではないが、熱水噴出孔周辺に生息する生物の主は上述のとおり無脊椎動物である。
1993年には、すでに100種以上の腹足類が熱水噴出孔で発生することが知られていた。現在までに300種以上の新しい種が熱水噴出孔で発見されており、それらの多くは地理的に離れた噴出域で発見された他のものの「姉妹種」である。北米プレートが中央海嶺を乗り越える前の東太平洋海域に、単一の生物地理学的なベント領域の存在を提唱する説が挙げられている。
これらのブラックスモーカーは、地殻変動力が少ない安定した地殻領域にあり、熱水噴出孔のフィールドとしてはあまり一般的ではないため、興味がもたれている。また、他の世界で最も有名なブラックスモーカーの一つはケイマントラフにあり、5,000 mの海面下に存在する。
一方で、ホワイトスモーカーと呼ばれるチムニーからは、バリウム、カルシウム、シリコンなどの明るい色のミネラルが放出される。これらのベントは、おそらく熱源から一般に離れているため、プルームが低温になる傾向がある。
ブラックとホワイトのチムニーは、同じ熱水フィールドで共存する可能性があり、それぞれ一般的に、熱源に対して近位か遠位かで分かれる。また、マグマが冷えて結晶化が進むことにより熱源から次第に遠ざかり、熱水もマグマ水ではなく海水の影響が大きくなるに従って(すなわち熱水域の衰退段階に対応する形で)、ホワイトスモーカーが成立することもある。このタイプのベントから吹き出す熱水はカルシウムが豊富で、主に硫酸塩(重晶石と無水石膏)や炭酸塩に富む堆積物を形成する。
一方で、沖縄トラフの鳩間海丘からは有人潜水調査船しんかい6500による探査により、新たにブルースモーカーが発見された。この色の解明は、今後の調査を待つ段階である。