Når vi kigger på kloden, ser vi liv over alt. Fra de koldeste egne på Antarktis til de varme hydrotermiske væld på bunden af havet har livet fundet en måde at eksistere på. Vi finder liv i saltsøer, i tjæresøer , og sågar under det enorme tryk der er på bunden af oceanerne 11 kilometer under havoverfladen.
Selvom de ekstreme miljøer bebos af forskellige organismer, domineres de klart af bakterier – de ekstremofile bakterier.
Ekstremofile bakterier har fået øget fokus inden for de seneste år. Deres evne til at leve i ekstreme miljøer har gjort bakterierne interessante for alverdens forskere. Biologer, ingeniører, og astronomer kigger på de ekstremofile bakterier, når de skal forstå livets alsidighed, ”opfinde” nye produkter til fremtidens forbrugere eller finde kilden til livet på Jorden.
Her er en guidet tur i de ekstremofile bakteriers verden.
Saltelskerne
I Utah´s Great Salt Lakes nordlige ende er saltkoncentrationen tæt på at være mættet. Det vil sige, at vandet her indeholder 30 procent salt, hvilket er ti gange mere end almindeligt havvand. Hvis man udsætter colibakterier for så høje saltkoncentrationer, vil vandet inde i cellerne blive suget ud af dem, og de vil dø.
Alligevel findes der bakterier i Utah, der lever i bedste velgående i det ekstreme saltvand. Det er de halofile bakterier.
De halofile bakterier har tilpasset sig det ekstremt saltholdige miljø i Great Salt Lake. De har udviklet systemer i deres celler, der gør, at de kan leve steder, som ingen andre bakterier kan. Og de trives.
For at overleve har de halofile bakterier udviklet to forskellige teknikker til at forhindre, at vandet bliver trukket ud af dem, så de tørrer ud.
To forskellige strategier forhindrer bakterier i at tørre ud
1. Den første teknikfungerer ved, at bakterierne producerer en masse organiske molekyler, som f.eks. aminosyrer og sukkerstoffer. Biomolekylerne opretholder en ensartethed mellem koncentrationen af organiske stoffer inde i bakteriecellen og saltkoncentrationen uden for bakteriecellen. På den måde vil vand ikke være fristet til at forsøge at udligne forskellen mellem koncentrationerne inde i og uden for cellen. Det gør vand ellers normalt ved at bevæge sig ud af cellen mod den høje koncentration.
2. Den anden teknik bakterierne benytter sig af, involverer optag af kalium fra omgivelserne. Når optaget af kalium-ioner stiger, opnår bakterien også en høj indre koncentration af molekyler, så vandet ikke trækkes ud af bakteriecellen.
Det koster noget at være halofil
\ Fakta
Ikke alle ekstremofile organismer er bakterier. Det mest ekstreme organisme er det lille bjørnedyr, der kan tåle at blive frosset ned til 272 grader i få minutter. Læg her mærke til, at molekyler stopper med at bevæge sig ved -273 grader.I den anden ende af skalaen har den lille fætter det fint med temperaturer op imod 150 grader. Ydermere kan bjørnedyret overleve i rummet i op til 10 dage og tåle total udtørring i over 10 år. Det er ekstremt.
Den øgede indre koncentration af enten organiske molekyler eller kalium-ioner er ikke omkostningsfri.
Bakterier der producerer biomolekyler til at opretholde en høj koncentration inde i cellen bruger en masse energi på at lave biomolekylerne. Produktionen af biomolekyler er omkostningsfuld og gør, at bakterierne er nødsaget til at optage ekstra mange næringsstoffer.
For den anden type halofile bakterier er det en anden sag. Den ændrede indre koncentration af molekyler og ioner gør, at de halofile bakterier har været nødt til at ændre strukturen i deres enzymer, så de kan fungere i den høje molekylære koncentration. Til gengæld sparer de udgiften ved at producere organiske molekyler.
»Bagsiden af medaljen for de ekstremt halofile bakterier er, at deres enzymer ikke fungerer ved saltholdighed, der er lavere end ca. 12 procent, hvilket stadig er ekstremt højt. Almindelige bakterier kan ikke fungere ved så høje saltkoncentrationer,” fortæller lektor i mikrobiologi Kjeld Ingvorsen fra Aarhus Universitets naturvidenskabelige fakultet.
Kjeld Ingvorsen har forsket i ekstremofile bakterier i mange år og har blandt andet været med til at uddybe forståelsen af de halofile bakterier.
Bakterierne der elsker varme
Andre ekstremofile bakterier er bedst tilpas, når der bliver skruet godt op for varmen under gryderne.
Alle husmødre ”ved”, at man slår alle bakterier ihjel, når man koger tingene. Det er ikke helt rigtigt.
Kogende vand er for nogle ekstremofile bakterier en anelse for koldt. De hypertermofile bakterier vil helst have temperaturer omkring eller lige over 100 grader, før de føler sig helt tilpas.
De første hypertermofile bakterier blev fundet for ca. 40 år siden i varme kilder i Yellowstone. Siden hen er der opdaget flere end 70 arter i varmekilder på landjorden og i de hydrotermiske væld på bunden af havet. Den mest hypertermofile af dem alle kan tolerere temperaturer på op til 122 grader og stadig være fuldt funktionel.
Giver et fingerpeg om, hvordan livet så ud for milliarder af år siden
De hypertermofile bakterier trives ved høje temperaturer, fordi de har varmetilpassede enzymer.
Der er muligvis lighedspunkter mellem de nutidige hypertermofile bakterier og ”de gamle bakterier” fra Jordens tidlige barndom. Da de begge må leve under begrænsede frihedsgrader, mener forskere, at hypertermofile bakterier af denne grund har udviklet sig langsommere end andre ikke-ekstremofile bakterier. Det er konsekvensen, når man skal tilpasse sig livet i kogende vand.
»Hvis man kigger tilbage på, hvordan Jorden så ud for milliarder af år siden, var der meget varmt, og de hypertermofile bakterier trivedes. De hydrotermiske væld og varmekilderne har samme miljø, som Jorden havde for 3,5 milliarder år siden. Bakterierne, der lever i dem i dag, kan give os et fingerpeg om, hvordan livet så ud i dets spæde barndom, da de muligvis ikke har ændret sig så meget siden hen,« siger Kjeld Ingvorsen.
Ekstremofile bakterier skal give færre rynker
Milliarder af års evolution har givet de ekstremofile bakterier nogle tilpasninger til miljøet, der er unikke i naturen. Dem kan vi muligvis drage fordel af.
Fælles for de fleste ekstremofile bakterier er, at de har tilpasset deres enzymer og andre biomolekyler til den ekstreme verden, de lever i. Om det så er høje temperaturer, høj saltholdighed, syreholdigt miljø, høj uv-stråling eller ekstremt tryk på bunden af havene, så har det været nødvendigt, at bakterierne har ændret på aminosyresekvensen i deres enzymer for, at de kan fungere under de ekstreme forhold.
Ifølge Kjeld Ingvorsen er det ikke kun bakterierne, der skal have glæde af deres opfindelse.
»Man har fundet ud af, at der er organiske stoffer i f.eks. de halofile bakterier, der forlænger levetiden af biomolekyler. Hvis stofferne kan forhindre nedbrydning af biomolekyler og evt. celler, er det nærliggende at tro, at det kan være interessant at bruge de samme stoffer i f.eks. rynkecreme. Desuden kan det være interessant at tilføje de livsforlængende stoffer til andre produkter for at øge produkternes holdbarhed. Bl.a. farmaceutiske produkter såsom cremer og medicin med begrænset levetid,« siger han.
De hypertermofile bakterier er også interessante for andre forskere end bare biologer. I dag bruger vi enzymer i bl.a. vaskepulver, som ikke fungerer ved kogevask. Det gør enzymerne, som de hypertermofile har udviklet, derimod.
I øjeblikket foregår der en masse forskning i at ændre på enzymers aminosyresekvens, så de bliver mere termostabile. Forskere prøver at efterligne, hvad de hypertermofile bakterier har kunnet i flere milliarder år.
De ekstremofile bakterier kan overleve en tur i det ydre rum
Når vi nu har fundet bakterier og dermed liv de mest ekstreme steder på Jorden, er det nærliggende at tro, at de også findes i rummet. I hvert fald er kravene ændret til den type miljø, hvor vi kan lede efter liv. Planeter, vi før i tiden troede var for varme, for kolde eller havde for højt tryk til, at noget kan leve der, har måske alligevel mulighed for liv.
»De ekstremofile bakterier viser os spektret over, hvad bakterier kan klare. Vi synes, at 100 grader er meget, fordi vi selv kun kan klare 50 grader. For bakterierne er 100 grader den optimale temperatur. Gennem evolutionen har de udviklet, hvad der skal til for at trives bedst under netop disse forhold. Hvis man kigger på tilsvarende miljøer ude i rummet kan man lave en sammenligning Hvis de kan leve her, kan de også leve andre steder,« siger lektor i mikrobiologi Kai Finster fra Aarhus Universitets Biologisk Institut.
Vi skal passe på, vi ikke forurener rummet
Netop de ekstremofiles evne til at overleve de mest barske miljøer har stor interesse hos både NASA og ESA. Her har man oprettet et agentur til beskyttelse af andre planeter mod forurening fra Jorden.
»Forurening af andre planeter er noget, man tager meget alvorligt. Det vil være meget trælst, hvis vi en dag finder bakterier på Mars, som vi selv har bragt med,« siger Kai Finster.
Bakteriernes evne til at blive utilsigtet fragtet fra Jorden til andre planeter er blevet undersøgt grundigt. Forskere har fundet ud af, at bakterier kan overleve:
- På ydersiden af et rumskib.
- Den enorme varme, som en meteor oplever, når den farer ned gennem atmosfæren. I denne henseende er det kun overfladen af meteoren, der bliver varm. Bakterier kan overleve inde i meteoren, som ikke bliver lige så varm.
- Det enorme tryk, der forekommer ved et meteornedslag.
Alt i alt er der ikke mange forhindringer, som bakterier ikke kan overkomme under en transport igennem det ydre rum.
Livet på Jorden kan stamme fra rummet
Tanken om, at liv kan blive fragtet gennem rummet i form af ekstremofile bakterier, er da heller ikke ny. Allerede i midten af 19. århundrede blev teorien om panspermi fremlagt for første gang.
Panspermi er teorien om, at bakterier fra rummet er kilden til alt liv på Jorden. Ekstremofile bakterier har, i kraft af deres evne til at overleve selv de mest ekstreme miljøer, været i stand til at overleve transport gennem rummet på en meteor.
Tanken er, at for ca. 3,5 milliarder år siden ramte sådan en meteor Jorden. Med sig havde den bakterier fra en anden planet, der siden hen har udviklet sig til alt det liv, vi kender i dag. Teorien er selvfølgelig ikke bekræftet, men indtil videre har ingen været i stand til at modbevise, at vi alle sammen stammer fra ekstremofile bakterier fra rummet.
Om panspermi er en gal mands idé, eller om der rent faktisk er hold i teorien er svært at udtale sig om.
»Livet kan sagtens være opstået på en anden planet. Vi er først nu i gang med at forstå forudsætningerne for, at liv i det hele taget kan opstå. I takt med at vi lærer mere om livet, andre planeter og om evolutionen, kan vi bedre afgøre, ad hvilken vej livet på Jorden er kommet,« afslutter Kai Finster.
Du kan læse mere om bakterier i artiklerne: Hvad er en bakterie, Sådan undgår vi udbrud af VTEC i fremtiden, Sådan kommer vi af med de multiresistente bakterier, Byd bakterierne velkommen i dit liv og Portrætter af verdens 12 farligste bakterier.
