Så överlever mikrober i urberget
Djupt grundvatten är extremt näringsfattigt; ändå finns det liv där. Ett samhälle av olika mikrober som samarbetar, och som tillväxer i ”skov” för att sedan gå i vila, tycks vara nyckeln för överlevnad i denna extrema miljö.
Det finns många fiktiva berättelser om hur människan utforskar livet i underjorden. I romanen Till jordens medelpunkt beskriver Jules Vernes hur professor Lidenbrock upptäcker ett underjordiskt hav och levande förhistoriska varelser efter en färd nedför en isländsk vulkantunnel. Men om vi bortser från fiktionen; vad säger vetenskapen om livet under jordens yta?
Urberget sjuder av aktivt liv
Grundvatten i urberget är en miljö där underjordiskt liv har utforskats. Grundvattenmiljöer är extremt oligotrofa, vilket innebär att det finns ytterst lite näringsämnen och energi som kan upprätthålla liv. Att det alls ens skulle finnas liv djupt under jordens yta har länge varit omtvistat, men på senare tid har det lagts fram flera bevis på aktivt liv i form av bakterier, arkéer, eukaryoter och virus.
Mikrober är osynliga för blotta ögat
En mikroorganism eller mikrob är en organism som är så liten att den inte kan ses med blotta ögat.
Bakterier är encelliga mikroorganismer utan cellkärna.
Arkéer är encelliga mikrober med enklare cellvägg än bakterierna.
Eukaryoter är en- eller flercelliga mikroorganismer som har cellkärna.
Virus är stora molekyler, som ibland betraktas som organismer.
Det har också genomförts studier som uppskattar att mängden arkéer och bakterier i djupa grundvattenmiljöer uppgår till svindlande 5×1027 celler (det vill säga en 5:a följt av 27 nollor, eller 5 kvadriljarder). Dessa utgör en bas i den djupa biosfärens näringsväv. Viktiga ekologiska och evolutionära frågor om deras anpassningar och levnadssätt har dock förblivit obesvarade. Mikrober som klarar av att leva i dessa extremt oligotrofa miljöer behöver ha väldigt specifika anpassningar, men man har hittills vetat väldigt lite om vilka dessa egentligen är.
Vattenprover samlades in från underjordiska labb
Möjligheten att studera djupa grundvattenmiljöer är begränsad, eftersom det finns få platser på jorden där det går att studera mikrobernas mångfald och funktion i dessa ekosystem. Man vill undersöka hur de begränsas av faktorer som berggrundens sammansättning, tillgång till energikällor, djup och graden av isolering från den fotosyntesdrivna jordytan.
Forskare från flera svenska och utländska universitet har nu dragit nytta av att det i Sverige och Finland finns två underjordiska laboratorier i form av djupt gående tunnlar och djupa borrhål. I och med detta hade forskarna tillgång till djupt grundvatten från specifika vattenmassor i två åtskilda sprickbildningar i samma urbergsformation – den så kallade Fennoskandiska urbergsskölden. Vattenproverna i studien samlades in på 170 – 531 meters djup.
– De här anläggningarna har gett oss en unik möjlighet att förstå hur ekosystemet ser ut i djupa grundvatten, men också hur detta mikrobiella samhälle kan ha utvecklats under evolutionens gång, säger Maliheh Mehrshad, från Sveriges lantbruksuniversitet (SLU) och Uppsala universitet.
Han har tillsammans med den andra huvudförfattaren, Margarita Lopez-Fernandez (Linnéuniversitetet och University of Granada i Spanien) och kollegor från SLU, Linnéuniversitetet, SciLifeLab och EPFL i Lausanne publicerat resultaten i Nature Communications.
Dna-studier avslöjar mikrobernas mångfald och levnadssätt
Forskarna har kartlagt dna från mikroorganismer som transporteras med vattnet. De har också beskrivit arvsmassan i individuella celler, och vilka gener och egenskaper som dessa organismer uttrycker. Sammantaget visar studien att mikrobsamhällena i de svenska och finska sprickbildningarna har en mycket likartad sammansättning. På båda platserna hittades alltså samma arter av bakterier och arkéer. Denna upptäckt ger ledtrådar till hur mikrobsamhällen i djupt grundvatten har utvecklats.
– Grundvatten som flödar i liknande bergarter erbjuder alltså likartade och stabila ekologiska nischer som koloniseras av likartade mikroorganismer, säger Maliheh Mehrshad.
Livsformerna samarbetar i det djupa grundvattnet
Forskarna visar att djupa grundvattenekosystem främjar ett mikrobsamhälle som består av mycket olika men ändå samarbetande mikroorganismer som är väl anpassade till denna miljö. Livsformerna överlever alltså genom att samarbeta i ömsesidigt fördelaktiga partnerskap, till exempel genom att hjälpa varandra med essentiella näringsämnen som behövs för tillväxt.
Mikroberna anpassar sig till den extremt låga tillgången på energi i det djupa grundvattnet genom att växa i korta episoder för att sedan avsluta tillväxten. De återupptar livscykeln först när tillgången på energi har förbättrats igen. Studien hjälper till att förklara hur livet kan upprätthållas i extremt energifattigt djupt grundvatten.
Vetenskaplig artikel:
Energy efficiency and biological interactions define the core microbiome of deep oligotrophic groundwater, Maliheh Mehrshad, Margarita Lopez-Fernandez, John Sundh, Emma Bell, Domenico Simone, Moritz Buck, Rizlan Bernier-Latmani, Stefan Bertilsson & Mark Dopson, Nature Communications
Kontakt:
Maliheh Mehrshad, forskare vid Institutionen för vatten och miljö; Sektionen för ekologi och biodiversitet, Sveriges lantbruksuniversitet, Uppsala, maliheh.mehrshad@slu.se
Stefan Bertilsson, professor vid Institutionen för vatten och miljö; Sektionen för ekologi och biodiversitet, Sveriges lantbruksuniversitet, Uppsala, stefan.bertilsson@slu.se
