Forskere har tidligere beregnet at 70 prosent av verdens bakterier og arkebakterier finnes under jordoverflaten.

Beboerne i underverdenen er ikke bare mange, men også mangfoldige, ifølge en ny studie publisert i PNAS.

Forskere så på hvor mange ulike mikroorganismer de fant i 299 dype sedimentprøver fra 40 plasser rundt om i verden.

Prøvene strakk seg fra havbunnen og 678 meter ned. Overalt var det liv.

Forskerne sammenlignet funnene med data om mikroorganismer som lever øverst i havbunnen og i havet.

– Det var en uventet oppdagelse at mikrobielt mangfold i den mørke, energibegrensede verden under havbunnen er like mangfoldig som i jordens overflate-biomer, sier en av forskerne bak undersøkelsen, Tatsuhiko Hoshino i en pressemelding.

Trodde det var dødt

Det er ikke så lenge siden forskere trodde det var dødt i dypet.

I 1927 rapporterte forskere om funn av bakterier i oljebrønner i Illinois i USA, ifølge en artikkel i Quanta Magazine. Men det virket usannsynlig at noe som helst kunne leve der nede.

Forskere antok at slike funn skyldtes at bakterier fra overflaten hadde kommet seg ned dit.

Det første beviset for at det lever mikrober i overflate-lag i dyphavet blir ofte tilskrevet Claude Zobel og den danske ekspedisjonen til Filippinergraven i 1950-52.

– Før disse funnene var den generelle konsensusen at bunnen av dyphavet var uten liv, forteller Steffen Leth Jørgensen, geomikrobiolog ved Universitetet i Bergen, til forskning.no.

På slutten av 80-tallet og i starten av 90-tallet ble det imidlertid klart at det også finnes mikrober lenger ned, i sedimentene under havbunnen.

Ingunn Hindenes Thorseth, i dag instituttleder ved Institutt for geovitenskap, UiB, var blant dem som først avdekket spor av mikrober så langt ned som i vulkanske bergarter i havskorpa.

– De så det vi kaller biosignaturer, små merker i basalten. Det var som om det hadde ligget mikroorganismer der og forvitret basalten, sier Jørgensen.

Oppdagelsen var veldig kontroversiell, forteller han.

– Det var kontroversielt helt fram til starten av 2000-tallet. Det er først med nyere forskning at det har kommet fram at de øverste 500 meterne av havskorpen egentlig fungerer som et grunnvannsystem fylt med liv.

2 prosent av havets volum sirkulerer til enhver tid rundt der nede.

– Man hadde ikke fantasi til å forestille seg at en stor mikrobiell populasjon kunne ernære seg nærmest utelukkende ved å utnytte energien som frigjøres i geokjemiske prosesser mellom basalt og sjøvann, sier Jørgensen.

Dyp biosfære

Ser vi langt nok ned, lever organismene fullstendig uavhengig av organisk havbunn og sollys. Trykket er enormt og temperaturen blir høyere jo lenger ned man kommer.

Jo dypere ned, jo mindre næring er det der. Stort sett kommer der ikke ny tilførsel av mat ned dit. De mikrobene som klarer seg, livnærer seg altså på en eldgammel matpakke, eller de bruker geokjemisk energi.

– Stort sett alle geokjemiske koblinger som frigir energi, kan mikroorganismene utnytte: For eksempel reaksjonen mellom hydrogen og karbondioksid, ammonium og nitrat eller metan og oksygen, sier Jørgensen.

Nå har forskere fått stadfestet at det er et rike med liv under jorda som kalles den dype biosfæren.

Det begynner en meter under overflaten og strekker seg 5 kilometer under landjorda og 10,5 kilometer under havoverflaten.

I 2018 kom forskingsorganisasjonen Deep Carbon Observatory med en oppsummering etter ti år med forskning. De forsker på karbon under jorden.

– Å utforske dypet under bakken er litt som å utforske regnskogen i Amazonas. Det er liv overalt, og overalt er det en imponerende overflod av uventede og uvanlige organismer, sa Mitch Sogin ved Marine Biological Laboratory Woods Hole, i en uttalelse fra det internasjonale forskningsprogrammet.

Kartla sammensetningen av arter

Ifølge pressemeldingen om den nye studien i PNAS, er dette første gang forskere har gjort en stor kartlegging av artsmangfoldet av bakterier og arker under havbunnen.

Forskerne ekstraherte og sekvenserte DNA fra nedfrosne prøver og undersøkte hva slags mikrober som befant seg i dem.

Fra 50 millioner sekvenser fant teamet nesten 40 000 forskjellige mikroorganismer.

Generelt så forskerne at artsmangfoldet ble mindre jo dypere prøvene var tatt.

Sammensetningen av arter var forskjellig i organisk rike sedimenter nær land, sammenlignet med de næringsfattige forholdene langt ute på havet. Om det var oksygen eller ikke tilgjengelig var en viktig faktor.

Det var et større mangfold av bakterier enn av arkebakterier både over og under havbunnen. Arkebakrerier ligner på bakterier, men står langt fra dem utviklingsmessig. Noen arkebakterier er spesielt tilpasset jordens mest ekstreme miljøer, som temperaturer på 100 grader eller veldig surt eller salt vann.

Hvor kommer mikroorganismene fra?

Steffen Leth Jørgensen sier at den nye studien er en slags oppsummering av de siste tiårene med forskning. Den kommer ikke med noen store overraskelser for han eller andre som har jobbet på feltet.

– Men for den brede befolkning så er det interessant og tankevekkende at diversiteten er like stor i den dype biosfære som over jorden.

– Det setter også spørsmålstegn om hvor den dype biosfæren kommer fra, sier han.

Forskere går ut ifra at mikroorganismene i dypet stammer fra overflaten. De havner på havbunnen og blir begravet.

– Men med tanke på at det ikke er alle mikroorganismene fra overflaten som kan leve i sedimentene, er det jo litt rart at diversiteten skal være like høy i sjøvann som i sedimentene. Der er det er ett eller annet som vi ikke helt skjønner ennå, sier Jørgensen.

Evolusjonen stopper

Vi kunne tenke oss at mikrobene utvikler seg nede i dypet og blir til nye arter med nye egenskaper. Men det ser ikke ut til å skje.

Forskere bak en studie i PNAS i 2017 fant ingen evolusjon blant mikrobene de så på. Evnen til å overleve i de energifattige omgivelsene under jorda var ikke noe mikroorganismene utviklet, men noe de allerede var i stand til, skrev forskerne.

Når det er ekstremt lite næring tilgjengelig, slutter mikroorganismene å dele seg. Da er det heller ingen evolusjon.

Forskere har funnet liv i over 100 millioner år gamle sedimenter. Det må bety at mikrobene ble begravet da dinosaurene gikk på jorda. Likevel er de fortsatt i live.

Hvordan er det mulig?

Dør langsomt

Det ser ut til at slike mikrober har opprettholdt seg selv over geologiske tidsaldre. De har et helt annet forhold til både tid og energi enn livet på overflaten.

Dette var en forbløffende oppdagelse for forskere, bekrefter Jørgensen.

– Ja absolutt. Vi er naturligvis ikke hundre prosent sikre på at det er sånn det foregår, for vi har ikke tid til å vente hundre tusen år på å teste det i laboratoriet. Men ut fra all den evidensen vi har i dag så er det det som skjer.

– Stort sett, i lange, lange perioder på hundretusenvis av år så ser det ut som det faktisk ikke er noen vekst. Mikrobene dør bare veldig langsomt. På grunn av dette har den dype sedimentære biosfære blitt beskrevet som «et sted hvor livet løper mot døden».

Men det er, ifølge Jørgensen bare halve sannheten. Der finnes soner i sedimentene hvor energitettheten øker og liv blomstrer opp på nytt. I disse sonene møtes oksiderte og reduserte kjemiske forbindelser som kan utnyttes av mikrobene.

– Disse sonene er å regne for oaser i en ellers gold ørken, forteller Jørgensen.

Etter tusenvis av år kan mikrobene være heldige og havne i en slik oase. Da kan populasjonen komme seg opp igjen. Dette har Jørgensen og kolleger sett på i en studie som ikke er publisert ennå.

De sjeldne blir dominerende

Nesten hver gang forskere studerer dypet under havbunnen, finner de nye arter.

Det kan virke rart dersom alle organisme der nede kommer fra overflaten.

Jørgensen tror at årsaken henger sammen med hvorfor diversiteten tilsynelatende er like stor over og under bakken. Det handler om hva som er mulig å oppdage i analysene.

I en milliliter med havvann kan det være ti millioner organismer. Forskere klarer ikke å identifisere alle. I prøven er det noen sjeldne mikrober som nærmest ikke får puste.

Først når disse raringene blir begravet nede i havbunnen der det ikke er oksygen, begynner de å trives. Mange av de andre dør. Nå er det plutselig den sjeldne mikroben som dominerer, selv om de ikke nødvendigvis blir så mange flere.

– Det er de som overlever lengst under virkelige dårlige forhold vi finner igjen i de dype biosfærene. I prinsippet så kan du si at organismene vi finner dypt, de eksisterer allerede i toppen, men bare i en helt annen distribusjon, sier Jørgensen.

I noen tilfeller kan det være at organismene er utryddet fra overflaten etter millioner av år, slik at de bare eksisterer i dypet.

– I prinsippet ja. Det er eksempler på arter som vi utelukkende finner i sedimenter. Men vi skal huske at den dype biosfære ikke nødvendigvis er totalt forseglet fra overflaten til evig tid. Det finnes områder hvor de to er forbundet og hvor biologisk materiale kan utveksles, for eksempel i forkastningssoner, sier Jørgensen.

Han minner om at forskere langt ifra har kartlagt hele mangfoldet hverken på overflaten eller i dypet.

– Så hvordan det egentlig forholder seg er kanskje litt tidlig å si.

Hvordan påvirker mikrobene jorden?

Blant spørsmålene som Steffen Leth Jørgensen gjerne vil finne ut mer om, er hvordan den dype biosfæren påvirker jordsystemet.

– Vi vet at alt liv påvirker sine omgivelser. Da vi nå vet at det er liv også dypt under jordens overflate, er det et naturlig å spørre i hvilken grad den har innflytelse på overflateverdenen vi lever i, sier han.

– For eksempel, vi vet at den biosfæren som befinner seg i havskorpen er utrolig svær. Det er kanskje jordens største og eldste habitat som har eksistert siden jorden fikk fast skorpe. I hvor høy grad er mikrobielle livsprosesser med på å forvitre og endre mineralene i havskorpen, og dermed ikke bare geologien men sannsynligvis også den kjemiske sammensetning av verdenshavene? - det synes jeg er grådig interessant.

Referanse:

Tatsuhiko Hoshino, m. fl: «Global diversity of microbial communities in marine sediment», PNAS, 19. oktober 2020.

UiT Norges arktiske universitet

Ukjent undervannsparadis rundt gassutslipp i Arktis