Dansk ekspedition skal løse gåden om verdens mest ekstreme liv
For forskerne har det længe været en stor gåde, hvordan små organismer kan overleve under ekstreme forhold dybt nede i havbunden. Et stort sejltogt i Østersøen skal kaste lys over mysteriet.

Fra den 12. september og to måneder frem udgør boreskibet 'Greatship Manisha' både hjem og arbejdsplads for omkring 30 mikrobiologer, geologer, boreteknikere og andre videnskabelige medarbejdere. To af forskerne ombord blogger løbende på Videnskab.dk om deres oplevelser på skibet. Du kan følge Ian Marshalls blog her og Andrea Tortis blog her (Foto: Geoquip Marine, courtesy of Island Drilling Singapore Pte Ltd.)

 

Måske gik du rundt og troede, at forskerne efterhånden havde kortlagt livet i selv de fjerneste afkroge af vores planet.

Men der findes faktisk fortsat en underverden af liv, som næsten er fuldstændigt ukendt land for videnskaben.

Dybt nede under havbunden leves der nemlig et liv blandt mikroorganismer, som ser ud til at være fundamentalt anderledes end alt andet liv, som forskerne hidtil har kendt, fortæller professor Bo Barker Jørgensen fra Aarhus Universitet.

»Inden for de seneste år, har man erkendt, at en stor del af det liv, som leves på Jorden, faktisk foregår fuldstændig anderledes end det liv, som vi kender fra overfladen af Jorden. De organismer, som lever dybt nede i havbunden, lever under helt ekstreme forhold, og for øjeblikket forstår man slet ikke, hvordan det er muligt for dem at overleve. Det strider mod en stor del af den viden, som vi førhen troede, vi havde om liv,« siger Bo Barker Jørgensen, som er professor ved Center for Geomikrobiologi på Aarhus Universitet.

Han er leder af en stor videnskabelig ekspedition, som for første gang nogensinde skal bore dybt ned i Østersøens undergrund. Her skal forskerne blandt andet forsøge at kaste nyt lys over mysteriet om de ekstreme livsformer i dybet under os. 

Kort-over-boresteder

dette kort kan du se, om forskerne skal bore i nærheden af din hjemby og ved at klikke på de enkelte borepositioner, kan du få svar på, hvorfor forskerne har valgt at bore netop der.

Masser af liv i havets underverden

Selvom forskerne endnu kun ved ganske lidt om de særlige undergrunds-organismer, ser mængden af liv i underverdenen ud til at være enorm.

Et af de seneste estimater peger på, at det kan være helt op mod 32 procent af alle mikroorganismer på Jorden, som lever dybt nede i havets undergrund. Og hidtil har det været muligt for forskerne at påvise, at der lever mikroorganismer så dybt som halvanden kilometer nede i havbunden.

Det store mysterium er dog, hvordan de små organismer formår at overleve i dybet, hvor der er ekstremt lidt mad, ingen adgang til lys og et enormt højt tryk fra havet og havbunden ovenover. Det fortæller mikrobiologen Ian Marshall fra Aarhus Universitet, som er en af de forskere, der skal undersøge havbunds-organismerne i boreprøver fra Østersøtogtet.

»De her mikroorganismer lever under utrolige vilkår. De har kun en ekstremt begrænset adgang til energi, og i virkeligheden lever de under sultebetingelser. Vi ved simpelthen ikke, hvordan de kan overleve under de her ekstreme forhold,« siger Ian Marshall, som er post doc ved Center for Geomikrobiologi på Aarhus Universitet.

Hvordan i alverden får de energi?

Ian Marshall forklarer, at energi er en forudsætning for alt liv på vores planet. På landjorden leverer sollyset energi, som planterne udnytter til fotosyntese, og dermed danner planterne organisk stof.

Det organiske stof udgør igen en energiforsyning og er grundlaget for liv blandt mennesker, dyr og mikroorganismer.

Men hvordan kan der komme energi ned til de enorme mængder af mikroorganismer, som lever i den dybe og mørke havbund?

Fakta

Fra den 12. september og to måneder frem er omkring 30 mikrobiologer, geologer, boreteknikere og andre videnskabelige medarbejdere på en videnskabelig ekspedition i Østersøen. Ved hjælp af boreprøver fra aflejringer i havbunden vil forskerne bl.a. undersøge fortidens klimaændringer, og hvordan disse har påvirket livet blandt fortidens dyr, planter og mikroorganismer. Det kan bl.a. bruges til at forudsige, hvilken effekt fremtidige klimaforandringer kan få. Her på sitet kan du løbende følge med i forskningen på togtet og kigge med ’bag kulisserne’ ved at læse blogindlæggene fra af to af forskerne ombord. Du kan følge Ian Marshalls blog her og Andrea Tortis blog her

En af de hypoteser, som forskerne fra Østersøtogtet skal teste, er, om mikroorganismerne i afgrunden er i stand til at omsætte den meget begrænsede mængde energi i havbunden på en anden - og meget langsommere - måde end andre organismer.

»Det ser ud til, at de her organismer kan leve i slow motion – altså ekstremt langsomt. Hvis man sammenligner dem med almindelige colibakterier, som vi kender fra laboratoriet, så vokser de her organismer fra undergrunden omkring en million gange langsommere,« siger togtleder Bo Barker Jørgensen, som er en af verdens førende eksperter i havbundens dybe mikrobielle samfund.

Kan leve op i 1.000 år

Forskerne mener, at mikroorganismerne i havbunden lever så langsomt, at deres generationstid når op i en størrelsesorden på omkring 100-1.000 år. Groft sagt kan en mikroorganisme i havbundens dyb altså opnå at fejre sin 1.000 års fødselsdag.

»Men man kan diskutere om mikroorganismerne i virkeligheden er så gamle, for vi mener, at de løbende udskifter deres proteiner og andre cellebestanddele. Det er lidt ligesom, hvis du forestiller dig en gammel bil, hvor du løbende skifter reservedele ud. Til sidst vil alle dele i bilen være udskiftet. Er det så den samme bil, eller er det en ny bil?« spørger post doc Ian Marshall.

Han forklarer, at der lever flere forskellige typer af mikroorganismer i havets undergrund – forskerne har tidligere fundet både bakterier, virus og arkæer (se faktaboks under artiklen) i det mørke dyb.

LÆS OGSÅ: Forskere jagter fortidens dyr på bunden af Østersøen

Hvad skal vi bruge viden om havbundens mikroorganismer til?

Den havbund, som mikroorganismerne har opbygget deres hjem i, minder dog ikke om havbunden, som vi kender fra badeture på stranden. Mens vores fødder kan dykke ned i det bløde sand i havbundens øverste lag, så består den dybe afgrund af kompakt og meget hårdt mudder.

Det er netop den slags mudder, som forskerne vil bore op fra Østersøens havbund for at nærstudere de mærkelige mikrosamfund i dybet. 

Men hvorfor skal man overhovedet bruge millioner af kroner på at undersøge de mystiske former for liv under havet?

»Man kan synes, at det er lidt eksotisk at forske i havbundens mikroorganismer og tænke; ’hvad rager det egentlig os på landjorden?’ Men det har faktisk betydning på en række forskellige måder.«

»Så snart man graver ned i afgrunden, så møder man mikroorganismernes verden. For olieindustrien udgør de et stort problem, for når de borer i undergrunden, vågner mikroorganismerne pludselig op og begynder at ødelægge rør og lave nedbrydning af olien og lave kulbrinte,« siger Bo Barker Jørgensen.

Undergrundens liv er vigtigt for overfladen

En måske endnu mere væsentlig grund til at studere mikroorganismerne er, at selvom de ligger gemt væk i havets undergrund, så ser de faktisk ud til at spille en vigtig rolle for livet på landjorden.

»Fotosyntesen på vores planet fungerer som en kemisk proces, der driver de vigtige stofkredsløb af kulstof, ilt og næringssalte. Den eneste måde, der kan blive et ordentligt overskud af ilt i atmosfæren, så vi kan ånde, er ved, at der  bliver gemt organisk kulstof væk i undergrunden.«

»Det organiske kulstof i undergrunden æder mikroorganismerne løs af, men heldigvis bliver der meget tilbage, og en lille del ender som olie og naturgas. På den måde spiller havbundens bakterier en vigtig rolle for den kemiske balance på jorden. Det er først noget, som rigtig er gået op for os i de senere år – altså hvor vigtig en rolle denne usynlige del af livet på Jorden egentlig spiller,« siger Bo Barker Jørgensen.

Havbunden kan give svar på, om der er liv på andre planeter

Dette mikroskopfoto viser lysende bakterier fra havbunden. Bakeriernes DNA er blevet farvet med et fluorescerende farvestof. (Foto: Aarhus Universitet)

Havbundens mikroorganismer kan ifølge mikrobiologen Ian Marshall også give forskerne viden om, hvor grænserne for selve livet går. 

»Hvor vi end kigger efter liv, så går der en grænse for, hvornår der ikke længere kan eksistere liv. Hvad angår energibegrænsning, så har vi med mikroorganismerne i havbunden fundet ud af, at der kan eksistere liv med meget mindre energi, end vi tidligere troede,« siger Ian Marshall.

Han fortæller, at viden om livets afgrænsninger, blandt andet kan være med til at give os viden om, hvorvidt der er betingelser for liv på andre planeter.

»Hvis vi f.eks. får data tilbage fra Mars, som fortæller, at der er en vis koncentration af et stof, så vil vi gerne vide, om det er nok til, at der kan være et mikrobielt liv på Mars,« siger Ian Marshall.

 

Ekspert: Utroligt spændende togt

På Københavns Universitet mener lektor Mathias Middelboe fra Biologisk Institut, at Østersø-togtet er »utroligt spændende.«

»Der har tidligere været et andre togter i udlandet, som har undersøgt mikroorganismer i den dybe biosfære. Men i forhold til hvor enormt stor den biosfære er, så er det stadig meget lidt, vi ved om, hvordan det hele fungerer dernede,« siger Mathias Middelboe fra Marinebiologisk Sektion på Københavns Universitet.

Han har selv forsket i havbundens mikroorganismer, men han er ikke involveret i det videnskabelige sejlertogt i Østersøen. Han fortæller, at togtlederen Bo Barker Jørgensen »formentlig er den forsker i verden, som ved mest om de dybe, mikrobielle samfund,« og han er ikke i tvivl om, at togtet vil frembringe ny viden om livet i havets dyb.

»Østersøen er et særligt område at undersøge, fordi det har ændret sig meget bare igennem de sidste godt 100.000 år. Det kommer til at give nogle rigtig spændende boringer, hvor man kan se hvordan de klima- og miljømæssige forandringer har påvirket de mikrobielle samfund igennem de forskellige tidsperioder.«

»Det bliver interessant at se hvordan klimaændringerne har påvirket mikroorganismerne dernede – det vil man kunne se ved at sammenligne de mikrobielle samfund ned igennem boreprøverne,« siger Mathias Middelboe.

 

Borer 140.000 år tilbage i tiden

På Østersøtogtet vil der blive boret op til 300 meter ned i havbunden, og det svarer ifølge forskerne til, at de vil nå ned til havbundsmudder, som blev aflejret for op til 140.000 år siden.

I løbet af de sidste 140.000 år har Østersø-området gennemgået voldsomme forandringer - klimaet har skiftet fra frosset til tempereret, Østersøen har været fyldt med både ferskvand og havvand, og der har været både iltet og iltfrit i området.

Et af de spørgsmål, som togtleder Bo Barker Jørgensen er spændt på at få svar på, er netop, hvordan de voldsomme klimaforandringer har påvirket livet i undergrunden.

»Dengang havbunden blev aflejret, blev der også begravet mikroorganismer, og man kan forestille sig, at det liv, som findes i undergrunden, er en overlevende rest af de begravede mikroorganismer fra overfladen. Spørgsmålet er så, hvordan de har udviklet sig. Afspejler de stadig, hvordan klimaet og miljøet var på overfladen, da de i sin tid blev begravet? Det ved vi ikke, men det er en af de ting, som Østersøen giver rigtig gode muligheder for at undersøge,« siger Bo Barker Jørgensen.

 

Svært at undersøge havbundsorganismer

Men hvordan skal forskerne egentlig få svar på deres spørgsmål og undersøge de mystike havbundsorganismer?

Fakta

Forskningstogtet til Østersøen foregår under det internationale forskningsprogram IODP (Integrated Ocean Drilling Program), som Danmark bidrager til med en million kroner om året igennem Kontoret for Forsknings-infrastruktur, Styrelsen for Forskning og Innovation. Det er hovedsageligt USA og Japan, som spytter i IODPs kasse, og togtleder Bo Barker Jørgensen anslår hele programmet til omkring en halv milliard kroner om året. Prisen for selve Østersøtogtet er kendes ikke. Ifølge Bo Barker Jørgensen er der bl.a. forhandlet en ikke-offentlig charterkontrakt på skibet på omkring 40-50 millioner kroner for de to måneder, togtet varer. Kilde: Togtleder Bo Barker Jørgensen

Under normale omstændigheder ville biologerne forsøge at dyrke mikroorganismerne i laboratoriet og derefter studere deres udvikling og stofskifte.

Men problemet med mikroorganismerne fra havets undergrund er, at de vokser så ekstremt langsomt, at det ikke er muligt at dyrke dem i laboratoriet.

Derfor har forskerne været nødt til at udvikle en række nye metoder til at studere livet i havets dyb, fortæller Bo Barker Jørgensen. For eksempel er de nu i stand til at få skilt bakterierne ud fra havbundsmaterialet. 

»Det er sværere, end det lyder, at få bakterier ud af mudder. Man skal gøre det uden at skade cellerne, og man skal samtidig have så mange ud som muligt. Som noget helt nyt er vi nu i stand til at  arbejde med enkelte bakterieceller fra havbunden og bestemme hele den genetiske kode i én enkelt celle,« fortæller Bo Barker Jørgensen.

 

Togtleder: Det er jeg mest nervøs for

Sidstnævnte metode fik Bo Barker Jørgensen sammen med andre forskere publiceret en artikel om i det anekendte tidsskrift Nature tidligere i år.

Metoden betyder, at forskerne er uafhængige af at skulle dyrke mikroorganismerne i laboratoriet, fordi de med en enkelt celle kan få viden om alle mikroorganismens gener – og dermed kan de analysere sig frem til en masse ny viden om deres livsbetingelser og funktion nede i havbunden.

Hvad er du mest nervøs for på togtet?

»Et af de største problemer bliver at få prøver op fra havbunden, som ikke er forurenede med bakterier fra havvandet. Det er en kæmpe udfordring, for når man borer, så har man rigelig med muligheder for at få millioner eller milliarder af bakterier fra havvandet med ned i borehullet.«

»Vi bruger et kemisk sporstof, som gør, at vi kan se, om nogle boreprøver er for forurenede med bakterier og derfor ikke kan bruges til mikrobiologiske undersøgelser. Der vil helt sikkert være en del af borematerialet, som vil være uanvendeligt, men den store bekymring er selvfølgelig hvor meget, der vil være forurenet. Det er virkelig noget, som vi skal være på vagt over for,« siger Bo Barker Jørgensen.

LÆS OGSÅ: Overset liv i havbunden mæsker sig i fiskelort 

 

»Der er simpelthen så meget, jeg glæder mig til«

Hvad glæder du dig mest til?

»Jamen, der er simpelthen så meget jeg glæder mig til og er spændt på. Der er så mange ukendte ting ved turen – det er virkelig fuldstændig ukendt land, som vi borer ned i. Det er som at gå på opdagelse på et nyt kontinent. Så jeg er virkelig spændt på, hvad vi skaffer af ny viden. Med de mange nye metoder, som er blevet udviklet, så synes jeg, at det tegner til, at vi kan komme væsentligt længere, end man har gjort på tidligere ekspeditioner i andre havområder,« siger Bo Barker Jørgensen.

Hvordan det kommer til at gå undervejs kan du blandt andet finde ud af ved at følge med på to af forskernes blogs her på sitet.

Mikrobiologerne Ian Marshal og Andrea Torti vil løbende blogge om deres oplevelser ombord på boreskibet, og blandt andet rapportere om, hvordan det går med at opsamle de skrøbelige prøver fra havets dybe underverden.
 

Fakta: Livet i underverdenen

Dybt nede i havets undergrund lever en stor del af alle mikroorganismerne på Jorden.

Det er usikkert præcist, hvor mange mikroorganismer, der er tale om, men en nyere undersøgelse anslår, at 9-32% af alle Jordens mikroorganismer lever i havets undergrund.

Forskerne har fundet spor efter mikroorganismerne på helt ned til halvanden kilometers dybde i havbunden.

Mikroorganismerne i havbunden er både af typerne bakterier, virus og arkæer.

Arkæerne er et af de tre domæner, som livet traditionel set er opdelt i. De to andre er bakterierne og eukarioterne (som indbefatter mennesker, dyr, planter og svampe)

Arkæerne er encellede organismer og adskiller sig fra bakterierne blandt andet i opbygningen af cellemembranerne og i deres metabolisme.

Mange arkæer lever i ekstreme miljøer, f.eks. i gejsere med temperaturer over kogepunktet, i meget saltede, sure eller basiske miljøer.

Forskerne mener, at en meget stor del af livet i undergrunden netop består af arkæer.

Kilder: Bo Barker Jørgensen, Mathias Middelboe, Ian Marshall, PNAS
 

Videnskab.dk Podcast

Lyt til vores seneste podcast herunder eller via en podcast-app på din smartphone.


Se den nyeste video fra Tjek

Tjek er en YouTube-kanal om videnskab og sundhed henvendt til unge.

Indholdet på kanalen bliver produceret af Videnskab.dk's Center for Faglig Formidling med samme journalistiske arbejdsgange, som bliver anvendt på Videnskab.dk.