Mikroorganismer lever en kilometer under havbunden i 120 graders varme

Forskere har fundet en hidtil ukendt verden af liv her på Jorden.

De har boret mere end en kilometer ned under havbunden, hvor der er 120 grader varmt, og hvor det viser sig, at mikroorganismer formår at leve.

Og det er en »rigtig spændende opdagelse«, siger Bo Barker Jørgensen, professor ved Sektion for Mikrobiologi ved Aarhus Universitet - én af pionererne inden for dyb biosfæreforskning.

Han er én blandt flere forskere, der står bag det nye studie, der netop er publiceret i Nature Communications.

»Det var en stor overraskelse at finde levende bakterier i den skoldhede undergrund, og vi var meget skeptiske, indtil vi havde de sidste resultater fra de mange kontroleksperimenter,« siger Bo Barker Jørgensen til Videnskab.dk og tilføjer:

»Den dybe biosfære er fuld af overraskelser. At finde liv, der trives med høje stofskiftehastigheder ved disse høje temperaturer i den dybe havbund, nærer vores fantasi om, hvordan liv kunne udvikle sig eller overleve i lignende miljøer på planeter hinsides Jorden.«

Skubber grænserne for, hvor livet går

Forskere har i lang tid vidst, at en væsentlig del af det mikrobiologiske liv på Jorden udspiller sig i undergrunden. Men hvor høj er temperaturgrænsen for dette liv? Det satte det internationale hold af forskere - heriblandt Bo Barker Jørgensen - sig for at undersøge. Og resultaterne kom bag på dem.

»Vi troede ikke, der var liv dernede. I nogle årtier har det været almindelig viden, at livet i den dybe havbund stoppede ved 80 grader. Derfor var det en stor satsning at prøve at måle de bakterieprocesser, der foregår dernede.«

»De er i sig selv også på grænsen til, hvad der er fysisk muligt at måle ved laboratorieeksperimenter. Det var kun ved at presse metoderne til deres teoretiske grænse og lave en enorm serie af kontrolforsøg, at vi nu kan se, at der er livsprocesser dernede - både sulfat-respiration og metan-produktion,« forklarer Bo Barker Jørgensen.

Processer, forskerne i øvrigt kender fra den normale, kolde havbund.

Også Bo Thamdrup, professor ved Biologisk Institut ved Syddansk Universitet, finder studiet spændende. Netop fordi det tydeligere viser, hvor ekstreme forhold liv kan eksistere under.

»Det skubber grænserne for, hvor vi ved, at livet foregår. At der faktisk er liv dybt i havbunden helt op til 120 grader. De viser samtidig også, at det bliver sværere for mikroorganismerne - bakterierne - at klare sig, jo varmere det bliver,« siger Bo Thamdrup, der har set studiet igennem for Videnskab.dk, og tilføjer:

»De er nødt til at opretholde en stor aktivitet for at leve. De skal reparere deres lillebitte bakteriekrop hele tiden, fordi de ligger der og småkoger. Det er spændende, fordi miljøer som det, forskerne har undersøgt, er udbredt over et kæmpe område. Det er en stor del af biosfæren, der ligger hernede, hvor vi ikke vidste, om noget kunne klare sig.«

Liv i slow motion

Forskerne fandt et ganske lille, men meget aktivt, mikrobielt samfund, der trivedes under de dybe og varme forhold.

De bestemte antallet af celler i aflejringen og målte deres metaboliske hastigheder ved meget følsomme radiotracer-eksperimenter med kulstof-14 og svovl-35. De opdagede, at cellernes metaboliske hastigheder var ekstraordinært høje for den dybe biosfære, forklarer Bo Barker Jørgensen.

»Mikroorganismer, der lever i undergrunden, hvor der ingen ilt er - som i en stor del af biosfæren - har et ilt-frit stofskifte. Det trives de med. De lever af organisk materiale, som blev aflejret på havbunden for millioner af år siden, og som i dag er begravet dybt nede under overfladen, efterhånden som mere havbundsmateriale er blevet aflejret ovenpå,« siger han.

I millioner af år har bakterier kunnet trives med resterne af det organiske materiale, der var tilbage, men som efterhånden var mange millioner år gammelt.

»Det går langsomt. Man har set - i vores egen forskning blandt andet - at deres stofskifte er så lavt, at det er på grænsen til, at det er muligt at leve med så lav en stofomsætning. De bruger ekstremt lidt næring - mange tusinde gange mindre næringsoptagelseshastighed, end hvad vi kender fra laboratorie-eksperimenter. Det er liv i slow motion dernede, hvor bakteriernes generationstid kan være flere tusinde år,« siger Bo Barker Jørgensen.

Det, der gør det nye studie så spændende, er opdagelsen af mikrobielle samfund i undergrunden, som har ekstremt høj stofskiftehastighed og kan trives ved helt op til 120 grader.

\ Læs mere

Ekstremofile bakterier lever på livets kant

Jo, det kræver en konstant tilførsel af store mængder næring. En næring, som kommer nedefra i form af det opløste organiske stof acetat, som er den bedste mad for mikroorganismerne dernede. Acetat dannes ved geotermiske processer længere nede i den endnu dybere og varmere havbund.

Acetat trænger så langsomt op til de lag, som 'kun' er 120 grader, og her er de mest varme-tolerante mikroorganismer klar til at bruge den.

»Når mikroorganismerne kræver så megen næring her, skyldes det, at der ved den høje temperatur sker en konstant nedbrydning af cellerne og deres enzymer og andre følsomme cellebestanddele. Den nedbrydning er de nødt til at modvirke ved at danne nye enzymer og cellekomponenter, og det kræver meget energi,« forklarer Bo Barker Jørgensen.

Og derfor kan de kun overleve med høj stofskiftehastighed. De balancerer altså på en knivsæg imellem hurtig vækst og hurtigt henfald. Derfor er samfundet også ekstremt lille, af størrelsesordenen hundrede celler i en teskefuld sediment. Til sammenligning er der ved havbundens overflade omkring en milliard celler i samme mængde sediment.

Undersøgelse uden for Japan

Undersøgelserne startede i 2016, hvor en gruppe internationale forskere tog ud på havet om bord på det japanske videnskabelige boreskib Chikyu for at studere temperaturgrænsen for den dybe biosfære i havbunden. I løbet af to måneder hentede ekspeditionen havbundskerner op fra undergrunden i den fem kilometer dybe Nankai-grav øst for Japan.

Bo Barker Jørgensen var ikke med ombord på ekspeditionen, men prøver fra havbunden blev fløjet til Danmark og analyseret i laboratoriet ved Center for Geomikrobiologi, som han ledede ved Aarhus Universitet. Og han har været med til at udvikle den radioaktive sporstof-teknik, der blev anvendt til at opdage den mikrobiologiske aktivitet.

»Det specielle ved Nankai-graven er, at temperaturen er høj i den dybe og ældgamle havbund, men der er masser af mad. Det er enestående. Normalt i havbunden er det sådan, at temperaturen stiger omkring 30 grader per kilometer, og at der stort set ikke er noget at leve af. Derfor er det normalt ikke muligt at have højt stofskifte. Men lige i det her område er det anderledes,« siger Bo Barker Jørgensen.

Du kan læse mere om, hvordan forskerne undersøgte noget, der lyder så utilgængeligt, i faktaboksen herunder.

Stort internationalt projekt

Prøverne fra havbunden, der blev samlet om bord på boreskibet, blev hentet med en helikopter og sendt til et laboratorie i Japan og derfra fordelt rundt i hele verden - blandt andet blev nogle prøver sendt til Danmark, hvor Bo Barker Jørgensens forskergruppe har analyseret dem.

»Det har været et stort internationalt projekt med mange slags ekspertise for at kunne analysere det kemiske miljø og det mikrobiologiske liv dernede. Desværre var der for få celler og dermed for lidt DNA, til at vi kunne lave genetiske analyser,« siger Bo Barker Jørgensen.

Det betyder, at forskerne ikke ved, hvad det er for nogle kræ, der lever dernede - 1,2 kilometer nede. Men de ved, hvor få de er, og at de er i gang med at respirere med sulfat eller danne methan.

»De to processer kunne vi påvise ved hjælp af radioaktive sporstof-eksperimenter, så på den måde var det muligt at påvise livsprocesser dybt nede i undergrunden ved så høje temperaturer,« siger Bo Barker Jørgensen.

Og de har været meget omhyggelige, påpeger Bo Thamdrup. De har arbejdet sterilt, så ingen bakterier er kommet “ind fra venstre” og dermed forurene prøverne fra den dybe havbund.

»De har taget noget ombord på skibet og prøvet at genskabe de naturlige forhold. De manipulerer med prøverne, som man er nødt til. Så det er et rimeligt robust resultat,« siger han.

\ Læs mere

Dansk ekspedition skal løse gåden om verdens mest ekstreme liv

Vigtigt for geologien

Ifølge Bo Barker Jørgensen er det spændende at forstå, hvad grænserne for liv er på vores planet.

»Det er et helt fundamentalt spørgsmål. Vi prøver at forstå, hvad det er for egenskaber, mikroorganismer skal have for at kunne trives ved de her ekstreme temperaturer,« siger han og tilføjer:

»Hvor går grænsen på livet på jorden? Det er første gang, det er lykkedes at påvise så høj en temperaturgrænse dernede. Vi har sat kæmpe rekord.«

Kan det her give anledning til, at vi bør være mere åbne for, at liv kan finde vej på andre planeter, hvor miljøet ellers virker til at være alt for barsk?

»Ikke umiddelbart. Vi kender jo ikke betingelserne nede i undergrunden på andre planeter,« siger Bo Barker Jørgensen.

Men, tilføjer han:

»Ved at forstå, hvor grænserne går på vores egen planet, har vi en anden baggrund for at vide, hvor mulighederne er, når vi ser ud i rummet.«

»Den nærmeste planet, Mars, har ikke pladetektonik, som er en forudsætning for dannelsen af dybhavsgravene, deriblandt Nankai-graven med dens hede undergrund. Temperaturen stiger meget langsommere med dybden på Mars end på Jorden. Men der vil sikkert være en dybdezone i undergrunden, hvor både temperaturen og tilstedeværelsen af vand giver teoretiske forudsætninger for mikrobielt liv. Spørgsmålet er, om der er næring – og om der er celler, som kan udnytte den,« siger Bo Barker Jørgensen.

Jorden er så at sige en model for, hvad der kan være andre steder - for eksempel angående liv på andre planeter. Og blandt andet derfor er den nye viden interessant, ifølge Bo Thamdrup.

»Det hjælper os med at forstå, hvordan biosfæren er, hvordan livet er udviklet, og hvor grænserne går for liv på Jorden. Det kan vi bruge studiet til i første omgang,« siger han og understreger:

»Vi vidste godt, at mikroorganismer kan leve i høje temperaturer, men i de her nye miljøer - dybt nede i havbunden - som udgør en stor del af biosfæren, vidste vi ikke, hvad der foregik. Så det er en hvid plet på landkortet, der nu er blevet kortlagt.«

\ Læs mere

Hvordan kan liv i rummet se ud?

\ Læs mere

Naturens vilde overlevere: Disse dyr nægter at dø