Mikroorganismer i urberget lämnar oanade kemiska spår

En stor del av livet på jorden finns gömt i jorden och berget under våra fötter. Livformerna som frodas i denna mörka syrefria miljö ger forskarna inblick i hur livet utveckalts i en miljö som vi människor ser som extrem. De ger också ledtrådar till hur livet kan ha utvecklats på andra planeter där ogästvänliga förhållanden omöjliggör kolonisering av markytan. Kunskapen om uråldrigt liv djupt nere i urberget är dock fortfarande mycket begränsad.

Erfarenheten kan användas i sökande efter liv i rymden
Sökande efter uråldrigt liv i berggrunden på jorden är utmanande eftersom organiskt material bryts ned relativt fort. För att kunna bevisa uråldrigt liv i dessa miljöer krävs därför kartläggning av specifika kemiska signaturer eller fossiliserade rester av mikroorganismer. I sökandet efter liv på andra planeter, till exempel på Mars, kommer man ställas inför samma utmaningar. Det finns därför behov av förfinad kunskap om de kemiska signaturer av liv man kan förvänta sig i extrema miljöer.

I ett stort antal bergsprickor till ett djup av nästan två kilometer har ett internationellt forskarlag lett av Henrik Drake från Linnéuniversitetet undersökt mineralkristaller som är rester efter mikroorganismernas måltider. I detta fall kartlades spåren efter mikroorganismer som utvinner energi genom att omvandla sulfat till sulfid. Genom detaljerade analyser av stabila och radioaktiva varianter av olika grundämnen inne i kristallerna kunde forskarna belägga att den här typen av mikroorganismer varit vanliga i urberget under långa tidsrymder. Detta är den mest omfattande studien hittills om denna uråldriga livsprocess i urberget och proverna som använts kommer från Svensk Kärnbränslehanterings djupa borrhål i Forsmark, vid Äspölaboratoriet och relaterade områden i Oskarshamn.

Svavelatomer ger ledtrådar om mikrobiellt liv
Henrik Drake, Linnéuniversitetet, som lett studien förklarar hur man spårat de uråldriga livsformerna:
– Det är välkänt från andra miljöer på jorden att när mikroorganismer använder sulfat i sin ämnesomsättning resulterar det i karakteristisk svavelsammansättning i de mineral som bildas samtidigt. Faktum är att just variationen av svavels olika atomer (isotoper) är ett av de vanligaste kemiska verktygen för att spåra mikrobiellt liv i geologiska material.

– Våra detaljerade analyser visar kemiska signaturer som är definitiva bevis på uråldriga livsprocesser i urberget, men än viktigare är att de med bred marginal utvidgar den kända isotopvariationen i mineral som producerats av mikroorganismer på jorden. Anpassning till näringsfattig miljö, långsam ämnesomsättning och total urlakning av allt tillgängligt sulfat i vattnet är troliga orsaker till att mikroorganismerna lämnar efter sig mineral med sådan stor variation i kemisk sammansättning.

Hittade molekyler från landlevande växter
Christine Heim vid Göttingens universitet i Tyskland är medförfattare till studien och tillägger:
– I tillägg till isotopsignaturerna hittade vi organiska molekyler från landlevande växter inne i mineralkristallerna. Det organiska materialet har transporterats med grundvattnet, från markytan djupt ner i berggrundens sprickor där de blivit näring till mikroorganismerna.

För att ta reda på hur länge livet spirat i berget har forskarna mätt hur länge sönderfallet av en radioaktiv moderisotop i förhållande till dess dotterisotop har pågått i mineralen. Åldrarna sträcker sig så långt tillbaka som 400 miljoner år.

– Vår förfinade metodik har gjort oss medvetna om att biologiska signaturer i extrema miljöer kan vara mycket annorlunda mot vad vi tidigare förutspått. Vår metodik kan därför vara lämplig vid sökande av spår av liv i utomjordiska miljöer säger Henrik Drake.

Martin Whitehouse vid Naturhistoriska riksmuseet är även han medförfattare:
– Möjligheten till snabba analyser med hög upplösning ger oss bättre uppskattning av variationen och distributionen av svavelisotoper inne i enskilda kristaller. Det är spännande att vi i våra tidigare undersökningar på samma platser hittade de mest varierade kolisotopsignaturerna i kalciumkarbonat som man känner till på jorden. Utforskandet av uråldrigt liv i svenska berggrundens spricksystem förändrar definitivt kunskapen om de kemiska signaturer som man kan förvänta sig av livsformer i extrema miljöer, säger han.

Artikel
”Unprecedented 34S-enrichment of pyrite formed following microbial sulfate reduction in fractured crystalline rocks” i tidskriften “Geobiology”. Publiceringsdatum online: 26 juni 2018.

Kontakt
Henrik Drake, henrik.drake@lnu.se, 0703-642 672,