Baciller fra istiden under Aarhus Bugt kan afsløre liv på Mars
Forskere ved Aarhus Universitet har knækket flere evolutionære gåder om, hvordan livet i jorden under havbunden er opstået. Resultatet giver fingerpeg om, hvor man kan finde liv på Mars.
Aarhus Universitet forskningsskib Aurora sediment havbund baciller liv evolution Mars

Forskerne på dækket af Aarhus Universitets forskningsskib, Aurora, hvor de er i gang med at opskære en sedimentkerne, taget med gravitationsbor. (Foto: Bo Barker Jørgensen)

Det er nærmest ikke til at forstå, men der findes en verden af liv flere hundrede meter nede i jorden under havbunden.

Forskerne kalder det 'Den dybe Biosfære', og livet dér er så fremmed, som kom det fra en anden planet.

Men nu viser et dansk forskerhold, at mikroorganismerne faktisk kommer fra overfladen og ikke har forandret sig spor, siden de oprindeligt blev begravet. Og den opdagelse er næsten endnu sværere at forstå.

Historien kort

Med DNA-teknologi kortlægger forskerne bakterier ned gennem sedimentlagene under Aarhus Bugt.

De afslører, at bakterierne dybt nede i havbunden ikke stammer fra overfladen og faktisk er stort set uforandrede gennem årtusinder.

Dermed knækker de gåden om oprindelsen af liv i ‘Den dybe Biosfære’, men rejser samtidig en ny gåde om, hvorfor bakterierne ved overfladen er tilpasset det ekstremt energifattige miljø.

»Det er virkelig forbløffende, at mikroorganismerne har evnerne med sig til at leve under så ekstreme forhold, og det peger på, at der måske er forhold ved overfladen, som vi slet ikke er klar over,« siger professor fra Center for Geomikrobiologi ved Aarhus Universitet, Andreas Schramm, som har ledet forskningen.

»Det er et spændende arbejde, der adresserer nogle af de vigtige spørgsmål omkring oprindelsen og udviklingen af mikrobielle samfund isoleret i Den dybe Biosfære,« siger professor fra Nordic Center for Earth Evolution ved Syddansk Universitet, Ronnie N. Glud, som tidligere har ledet forskning i bakterier i dybet, men ikke selv deltaget i det nye studie.

Opdagelsen er for nyligt offentliggjort i det videnskabelige tidsskrift PNAS.

Mikroorganismer rummer evolutionær gåde

Mikroorganismerne i Den dybe Biosfære vurderes til at være så mangfoldige, at de tæller mere end halvdelen af alle mikroorganismer i verdenshavene.

Men gåden er, at der allerede et par meter nede i havbunden findes stort set ingen næring, og når forskerne måler den biologiske aktivitet, sker der næsten ingenting. Alligevel er der masser af levende bakterieceller i sedimentlagene.

»Det hænger ikke rigtig sammen,« siger Andreas Schramm.

»Der er så lidt energi, at det er svært at forstå, hvordan liv overhovedet kan vedligeholdes og fortsætte dernede.«

Men forskerne har boret mange steder i verden, og lige så dybt, man formår at bore - 200 meter, 300 meter, ja, helt ned til 2 kilometer - finder man mikroorganismerne.

Aarhus Bugt Universitet forskningsskib Aurora sediment havbund baciller liv evolution Mars

Ti meter lang kerne kan hentes op fra havbunden med et såkaldt gravitationsbor i Aarhus Bugt. De nederste lag i sådan en søjle blev aflejret for 10.000 år siden - ved afslutningen af den sidste istid. (Foto: Nils Risgaard-Petersen)

Adskiller sig fra andre mikroorganismer

Fra beregninger på energiomsætningen skønner forskerne, at bakterie-cellerne må dele sig med generationstider, der synes helt ekstreme, nemlig årtier, hvis ikke århundreder - en skarp kontrast til de bakterier, vi kender fra os selv på jordoverfladen. Her er der fuld drøn formeringen, og f.eks. en tarmbakterie kan dele sig på bare 20 minutter.

»Det her er generationstider, som vi slet ikke kan forstå, og de er fuldstændigt ukendte fra alle de mikroorganismer, vi normalt kender,« siger Andreas Schramm.

Derfor har antagelsen været, at de organismer, som kan klare den slags forhold, må været yderst specialiserede gennem evolutionen og er udviklede helt for sig selv nede i dybet.

Borer ned i 10.000 år gammel havbund
Aarhus Universitet forskningsskib Aurora sediment havbund baciller liv evolution Mars

Elektronmikroskopibillede af en enkelt celle (fremhævet i grønt) fra den dybe havbund i Aarhus Bugt. Cellen ligger på et membranfilter, hvis porer er 0.2 tusindedel millimeter i diameter. (Foto: Stefan Braun)

Det er den antagelse, Schramm og kolleger nu tester med prøver fra bunden af Aarhus Bugt.

Her er sedimenterne op til 10.000 år gamle, hvilket afspejler, at bugten opstod ved slutningen af sidste istid, og siden er sedimenterne aflejret lag for lag.

De ældste sedimenterne ligger omkring 10 meter nede under havbunden, og med et langt 10 ton tungt spyd-formet bor, nedsænket fra forskningsskibet Aurora, kan forskerne trække borekerner op og studere, hvilke bakterier der findes i sedimentlagene.

Mens man traditionelt har været begrænset til at identificere bakterier, som kunne dyrkes i laboratoriet, har forskerne siden 1990'erne brugt bakteriernes arvemateriale, DNA, til at kortlægge bakteriesamfundene under havbunden i Aarhus Bugt. (Læs mere i faktaboksene)

Sådan gjorde forskerne I

For at kortlægge bakteriesamfundene tilsætter forskerne kort fortalt kemikalier, der opløser cellernes membraner, så alt indholdet af proteiner, fedtsyrer og arvematerialer flyder ud.

Herfra udvindes millioner stumper af DNA, som kortlægges på moderne sekventeringsmaskiner og så med computernes magi - eller rettere snedige matematiske algoritmer - pusles stumperne på plads, som om de var brikker i puslespil.

Bakterierne er levende begravet

DNA-kortlægningen er så omfattende, at forskerne kan se, at bakterierne 5-10 meter nede faktisk også findes i toppen - her er de blot meget sjældne, mens de er dominerende i de dybe lag.

»Det er første gang, man ser så god en sammenhæng mellem overfladen og den dybe biosfære,« siger Andreas Schramm.

Dermed afslører fundet, at livet i den dybe biosfære faktisk stammer fra overfladen og oprindeligt må være sunket ned sammen med sedimenterne.

Men den helt store overraskelse kom, i det forskerne undersøgte, hvordan bakterierne har klaret det ekstreme skift fra livet i vandsøjlen til at leve som levende begravet.

Der er ingenting sket siden istiden

Antagelsen er, at der må være sket en evolution, hvor nogle få heldige bakterier er mutereret i deres gener, hvilket har gjort dem i stand til at overleve under de ekstreme betingelser.

Sådan gjorde forskerne II

Ved at sammenholde med kendte bakteriers DNA kan forskerne identificere bakterierne og beslægtede arter (eller 'operational taxonomic units' (OTU), som forskerne foretrækker, fordi artsbegrebet er temmelig rodet for bakterier).

På den måde laver forskerne den hidtil mest detaljerede 'folketælling' af bakteriesamfundene ned gennem havbunden i Aarhus Bugt.

Men når forskerne med et andet nyt teknologisk gennembrud ser på genomerne fra enkelte bakterieceller og sammenligner de samme genstykker hos de samme bakterier og beslægtede arter ned gennem lagene, ser de til deres forbløffelse ingen mutationer.

»Der sker næsten ingenting. De er næsten ens, når man kigger over dybden,« siger Andreas Schramm.

»Så vores fortolkning er, at der ikke sker en selektion på mutationer, men en selektion på bakterier, som allerede er tilpasset i forvejen.« 

Den opdagelse rejser næsten flere spørgsmål, end den besvarer.

Rejser nye gåder

Hvis bakterierne allerede er udviklet og tilpasset til at klare sig i jordens dyb - hvad laver de så normalt i overfladeverdenen?

»Vi har måske bare ikke opdaget deres nicher endnu, fordi vi aldrig ville fange bakterier, som deler sig så sjældent i laboratoriet,« siger Andreas Schramm.

»Der er måske nogle forhold i overfladen, som vi slet ikke er klar over, hvor så langsomt et liv kan være en stor fordel.«

Præcis, hvad det kan være, håber forskerne, at kunne opklare i fremtiden.

Forskerne vil gerne teste, om de kan genfinde samme mønster andre steder i verden, hvor mikroorganismerne findes i dybere sedimentlag end i Aarhus Bugt, og hvor manglen på næring er endnu mere ekstrem, og bakterierne har været isoleret i måske hundredtusinder eller millioner af år.

Aarhus Universitet forskningsskib Aurora sediment havbund baciller liv evolution Mars

Med særligt følsomme molekylærbiologiske metoder kan forskerne finde og kortlægge arvematerialet i havbundens mikroorganismer i en celle ad gangen. (Grafik modificeret fra Wikipedia samt www.genesandhealth.org)

Hvis deres fund viser sig at holde vand generelt, giver det vigtig, ny viden om 'Den dybe Biosfære'.

»Det her er et vigtigt bidrag, der støtter, at samfundene i den dybe biosfære er aktive og derfor vigtige for at forstå de globale energi- og næringsstoffers cyklusser,« siger mikrobiolog og ekspert i havbundsbakterier professor Mark Dopson fra Linnæus Universitet i Kalmar, Sverige. Han har læst studiet, men ikke selv deltaget.

Kan give fingerpeg om liv på Mars

Potentielt kan opdagelsen også åbne andre fascinerende aspekter. Hvis forskerne har ret, vil mikroberne i dybet så at sige afsløre en gemt tidslomme af liv, som det fandtes i havene dybt tilbage i forhistorien.

Og løfter man blikket op fra Jorden, kan opdagelserne endda give et fingerpeg om liv på andre planeter.

»Vi ved, at Mars har haft en atmosfære og flydende vand, så hvis livet har kunnet opstå på Mars, er jeg overbevist om, at man bare skal bore 10-100 meter ned i overfladen, så man nok finde det,« siger Andreas Schramm.

Lyt på Videnskab.dk!

Hver uge laver vi digital radio, der udkommer i form af en podcast, hvor vi går i dybden med aktuelle emner fra forskningens verden. Du kan lytte til den nyeste podcast i afspilleren herunder eller via en podcast-app på din smartphone.

Har du en iPhone eller iPad, kan du finde vores podcasts i iTunes og afspille dem i Apples podcast app. Bruger du Android, kan du med fordel bruge SoundClouds app.
Du kan se alle vores podcast-artikler her eller se hele playlisten på SoundCloud