Så överlever mikrober i urbergets djupa, extremt näringsfattiga grundvatten

Det finns många fiktiva berättelser om hur människan utforskar livet i underjorden. I "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?

En miljö där underjordiskt liv har utforskats är grundvatten. Grundvattenmiljöer är extremt oligotrofa, vilket innebär att det finns ytterst lite näringsämnen och energi som kan upprätthålla liv. Att det alls 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. Det har också genomförts studier som uppskattar att mängden arkéer och bakterier i djupa grundvattenmiljöer uppgår till svindlande 5 × 10²⁷ celler och att 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 vi har hittills vetat väldigt lite om vilka dessa egentligen är.

Underjordiska observatorier i Sverige och Finland gjorde studien möjlig

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 och 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 den lyckliga omständigheten att det i Sverige och Finland finns två underjordiska observatorier 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 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.

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 har Maliheh Mehrshad nu publicerat resultaten i Nature Communications.

Dna-studier avslöjar mångfald och levnadssätt

Forskarna har kartlagt dna från mikroorganismer som transporteras med vattnet och även 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.

Samarbete är grunden

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.

Kontaktpersoner

Maliheh Mehrshad, forskare
Institutionen för vatten och miljö; Sektionen för ekologi och biodiversitet
Sveriges lantbruksuniversitet, Uppsala
maliheh.mehrshad@slu.se
https://www.slu.se/en/ew-cv/maliheh-mehrshad/

Stefan Bertilsson, professor vid samma institution
stefan.bertilsson@slu.se, 018-67 31 53

Artikeln i Nature Communications

Maliheh Mehrshad, Margarita Lopez-Fernandez, John Sundh, Emma Bell, Domenico Simone, Moritz Buck, Rizlan Bernier-Latmani, Stefan Bertilsson & Mark Dopson. Energy efficiency and biological interactions define the core microbiome of deep oligotrophic groundwater. Nat Commun 12, 4253 (2021). https://doi.org/10.1038/s41467-021-24549-z

Pressbild

(Får publiceras fritt i anslutning till artiklar om detta pressmeddelande. Klicka för högupplöst bild. Fotograf ska anges.)

• Tunnlar i Äspölaboratoriet utanför Oskarshamn, där de svenska grundvattenproverna samlades in. Foto: Christian Siebenbürgen