Mikrober kan ha levt i underjorden i miljarder år
Mikroorganismer är de enda organismer som klarar av att leva naturligt djupt nere i berggrundens sprickor. De har likheter med hur man tror att första livet på jordens yta såg ut. Hur länge organismerna levt i den djupa berggrunden är därför av stort intresse ur en evolutionssynpunkt. I en ny forskningsstudie publicerad i PNAS har forskare från Linnéuniversitetet för första gången sammanställt under vilka tidsrymder berggrunden på olika kontinenter varit beboelig och var mikroorganismer kan ha levt isolerade under längst tidsrymd.
De flesta mikroorganismerna av släktena bakterier och arkéer på jorden lever i underjorden under våra fötter. Kontinenternas jordskorpa består till största delen av urberg likt det vi har i Sverige. I urbergets djupa sprickor ryms grundvatten och lösta gaser, och här finns mikroorganismer som bland annat bildar metan från koldioxid och vätgas.
Nyligen har forskare hittat 1,5 miljarder år gammalt grundvatten i djupa sprickor i Kanadas urberg, och i vattnen hittade man aktiva mikrober. Eftersom dessa typer av organismer anses likna det tidigaste livet på jorden, har intresse riktats mot dessa djupa system, speciellt ur evolutionssynpunkt. En viktig pusselbit som saknats är kunskap om när underjordiskt liv faktiskt varit teoretiskt möjligt.
I en ny studie, publicerad i PNAS, Proceedings of the National Academy of Sciences, har forskarna Henrik Drake, docent vid Linnéuniversitet och Peter Reiners, professor vid University of Arizona, USA, undersökt hur temperaturen i jordens urbergsområden varierat bakåt i tiden.
– Detta ger en teoretisk ram för hur lång tid det var sedan mikroorganismer koloniserade underjorden på olika kontinenter. Vi såg att på flera platser, såsom svenska urberget och Australien har mikroorganismer maximalt funnits i 250-400 miljoner år. På andra platser som östra Finland, Grönland och möjligen någon del av Kanada, kan det funnits djupt liv i en miljard år och kanske lite till. Dessa platser är nu högintressanta för våra fortsatta studier. Här kan evolutionen pågått isolerat under enorma tidsrymder, säger Henrik Drake.
Till sin hjälp använde forskarna termokronologi. Man kan se det som en klocka i berget som startar eller stannar när berget utsatts för olika temperaturer. Olika mineral i berget har egna klockor som startar vid olika temperaturer.
– Genom att kombinera och sammanställa flera olika mineral kunde vi ta fram temperaturkurvor för varje urbergsområde över tid, och eftersom inget liv existerar över 122 °C kunde vi ta fram en modell för när urberget varit beboeligt och när det varit för varmt. Vi kunde se att de flesta urbergsområdena har haft komplexa historier, med flera episoder av potentiell kolonisering, men även långa perioder när de ”steriliserats”, berättar Henrik.
Även om urbergsområdena är miljarder år gamla och vanligen ses som stabila kunde studien visa att de rört sig likt en jojo upp och ner i skorpan på grund av att tyngden av sedimenttäcken periodvis tryckt ner det. Temperaturen i jordskorpan ökar mot djupet, och under perioder när sedimenttäcket var tjockt steg temperaturen i urberget till nivåer där liv inte var möjligt. När erosion blottat urberget var temperaturen lägre och kolonisering möjlig.
– När vi lade samman våra tidigare upptäckter av fossila spår av liv i svenska urbergets sprickor med kurvor för hur temperaturen i urberget förändrats över tid såg vi att de stämde överens med perioder av låga temperaturer, säger Henrik.
Detta gav idén att sammanställa alla urbergsområden på jorden. Av särskilt intresse var den kanadensiska urbergsskölden, där världens äldsta grundvatten upptäckts. Vad forskarna nu upptäckte var att temperaturen inte varit tillräckligt låg för mikrobiell aktivitet under hela den tidsrymd som vattnen funnits i de djupa spricksystemen. Det betyder att mikroberna koloniserat sprickorna senare än vad man tidigare trott, men trots detta är det hisnande tidsperioder vi talar om.
Mer information
Resultaten presenteras i artikeln ”Thermochronologic perspectives on the deep-time evolution of the deep biosphere” i välrenommerade tidskriften PNAS, Proceedings of the National Academy of Sciences, publicerad 2021-11-01.
Välkommen på digital föreläsning
Henrik Drake håller en digital föreläsning om sin forskning den 26 november klockan 13.00 via Zoom: "Ett termokronologiskt perspektiv på när mikrober koloniserade urberget"