Doktorandprojekt: Livets historia på djupet
Existensen av en djupbiosfär som sträcker sig till flera kilometers djup under våra fötter upptäcktes för bara ett par decennier sedan. I detta projekt kommer vi öka kunskapen om mikrobiell kolonisering, ekologi och evolution i djupbiosfären, samt om interaktionen med ytnära system över tid.
Fakta om projektet
Doktorand
Jacob Gustafsson
Handledare
Henrik Drake
Deltagande organisationer
Linnéuniversitetet; University of Arizona; Naturhistoriska riksmuseet; British Geological Survey; University of Western Ontario; Göteborgs universitet
Finansiär
Vetenskapsrådet
Tidsplan
2022–2025
Ämne
Miljövetenskap (institutionen för biologi och miljö, fakulteten för hälso- och livsvetenskap)
Mer om projektet
Existensen av en djupbiosfär som sträcker sig till flera kilometers djup under våra fötter upptäcktes för bara ett par decennier sedan. De senaste årens forskning avslöjar att djupbiosfären i den svåråtkomliga miljön i havsbottnar, sediment och i berggrunden sammantaget utgör jordens mest omfattande mikrobiella habitat, både i volym och biomassa. Ännu har man bara skrapat på ytan till att förstå de ekologiska systemen och deras inverkan på jordens energiflöden.
Vi har nyligen visat att komplext liv i form av eukaryoter, t.ex. svamp, kan leva på stort djup i jordskorpan, i en syrefri, mörk och energifattig miljö som man tidigare trodde var förbehållen prokaryoter. Förståelsen av svamparnas och prokaryoternas fulla ekologiska roll och evolution är ännu i sin linda. Både bevis från akvatiska sediment och molekylär datering visar att mikrobiella metabolismer som är vanliga i djupbiosfären (ex. metanogenes) uppstod tidigt i livets historia på jorden. Metanogener antas därför vara en av de primära livsformerna.
Livet i kontinenternas ytmiljö blomstrade dock först när landväxter koloniserade kontinenterna under Ordovicium. Innan dess tror man att livet i djupbiosfären dominerade på jorden. Trots denna uppenbara vikt som djupbiosfären kan ha spelat ur ett evolutionsperspektiv är kunskapen om uråldrigt liv i denna miljö överraskande förbisedd, jämfört med marina sediment. Det finns därför mycket begränsad kunskap om när djupbiosfären koloniserades och hur livet utvecklats där, i relation till den ytnära biosfären.
För att öka förståelsen för denna tidiga utveckling måste vi söka oss till de äldsta bevarade bergarterna på jorden, de prekambriska sköldområdena, vilka täcker delar av alla kontinenter. Här kan de äldsta spåren av underjordiskt liv finnas bevarade i sprickor och hålrum, men hittills har undersökningar här fokuserat helt på primära strukturer i sedimentavlagringar.
I våra projekt i den Fennoskandiska skölden har vi utvecklat en multi-disciplinär metod för att detektera och datera uråldrig mikrobiell aktivitet i djupbiosfären. Metoden bygger på att finna biosignaturer bevarade i mineraliserade lämningar efter mikrobiellt liv. Det kan röra sig om isotopsignaturer (ex. C och S), bevarade organiska molekyler (ex. fettsyror, kitin och isoprenoider) eller morfologi (ex. filament, mycel och coccoider), som är specifika för liv. Lämningarna tidsbestäms i mikroskala med radiometriska dateringsmetoder och utvecklingen av de fysikalisk-kemiska förhållandena fastställs med termokronologiska och mikrotermiska metoder.
Vi har tidigare bevisat att det finns fossila spår av en djupbiosfär i Fennoskandiska skölden, i meteoritnedslagsstrukturer och i oceanbottens kristallina berggrund. Dessa spår av liv sträcker sig mer än 410 miljoner år tillbaka i tiden, men då hade landväxter redan koloniserat land. Nästa logiska steg är att leta efter djupt liv i de äldsta bergarterna på jorden med vår nya metod.
Till projektets förfogande finns ett unikt material av djupa borrkärnor från över 3 miljarder år gamla bergarter, från bl.a. Sydafrika, Australien, Grönland och från impaktstrukturer. Preliminära resultat visar att strategin är rätt. Detta angreppssätt är i absoluta forskningsfronten då det förenar ”state-of-the-art”-metodik från flera discipliner och tar vid just där kunskapsläget är idag. Resultaten från detta projekt kommer väsentligen öka kunskapen om mikrobiell kolonisering, ekologi och evolution i djupbiosfären, samt om interaktionen med ytnära system över tid.
Projektet har därmed direkt relevans för en av mänsklighetens stora vetenskapliga frågor - hur liv uppstod och utvecklades på jorden. Projektet kommer även ge ny inblick i impaktstrukturers roll för kolonisering av djupbiosfären, vilket har stor astrobiologisk relevans. Projektet har därmed stor potential att nå breda framgångar både grundforskningsmässigt och populärvetenskapligt.
Projektet är en del av:
- Forskargruppen Miljögeokemi
- Kunskapsmiljö Linné: Vatten