Princeton-forskere har oppdaget en koloni av bakterier som bor mer enn 3 km under jorden. Ved å finne livet under disse ekstreme forholdene, utvider forskere forståelsen av hva slags vaner som kan støtte livet.
En Princeton-ledet forskningsgruppe har oppdaget et isolert samfunn av bakterier nesten to mil under jorden som henter all sin energi fra forfallet fra radioaktive bergarter i stedet for fra sollys. Ifølge medlemmene av teamet antyder funnene at livet kan eksistere i lignende ekstreme forhold selv på andre verdener.
Det selvopprettholdende bakteriesamfunnet, som trives i næringsrikt grunnvann funnet i nærheten av en sørafrikansk gullgruve, har blitt isolert fra jordens overflate i flere millioner år. Det representerer den første gruppen av mikrober som er kjent for å utelukkende være avhengig av geologisk produsert hydrogen og svovelforbindelser for næring. De ekstreme forholdene som bakteriene lever under, ligner de på den tidlige jorden, og potensielt gir innsikt i naturen til organismer som levde lenge før planeten vår hadde en oksygenatmosfære.
Forskerne, som kommer fra ni samarbeidsinstitusjoner, måtte gravde seg 2,8 kilometer under vår verdens overflate for å finne disse uvanlige mikroberne, og førte forskerne til deres spekulasjoner om at livet kunne eksistere under lignende omstendigheter andre steder i solsystemet.
"Det som virkelig får saftene mine til å renne, er muligheten for liv under overflaten til Mars," sa Tullis Onstott, en professor i geovitenskap fra Princeton University og leder av forskerteamet. "Disse bakteriene er blitt avskåret fra overflaten av jorden i mange millioner år, men har trivdes under forhold de fleste organismer vil anse som ugjestmilde for livet. Kunne disse bakteriesamfunnene opprettholde seg selv uansett hva som skjedde på overflaten? I så fall øker det muligheten for at organismer kan overleve selv på planeter hvis overflater for lengst er blitt livløse. "
Teamet på Onstott publiserte resultatene i 20. oktoberutgaven av tidsskriftet Science. Forskningsgruppen inkluderer førsteforfatter Li-Hung Lin, som utførte mange av analysene som doktorgradsstudent ved Princeton og deretter som postdoktor ved Carnegie Institution.
"Disse bakteriene er virkelig unike i ordets reneste forstand," sa Lin, nå ved National Taiwan University. "Vi vet hvor isolerte bakteriene har vært fordi analyser av vannet de lever i viste at den er veldig gammel og ikke har blitt fortynnet av overflatevann. I tillegg fant vi at hydrokarboner i miljøet ikke kom fra levende organismer, som det er vanlig, og at kilden til hydrogenet som trengs for deres respirasjon kommer fra nedbrytning av vann ved radioaktivt forfall av uran, thorium og kalium. "
Fordi grunnvannet teamet prøvet for å finne bakteriene kommer fra flere forskjellige kilder, er det fortsatt vanskelig å bestemme hvor lenge bakteriene har blitt isolert. Teamet anslår tidsrammen til å være et sted mellom tre og 25 millioner år, noe som innebærer at levende ting er enda mer tilpasningsdyktig enn en gang trodde.
"Vi vet overraskende lite om opprinnelsen, evolusjonen og grensene for livet på jorden," sa biogeokjemist Lisa Pratt, som ledet Indiana University Bloomington sitt bidrag til prosjektet. "Forskere begynner akkurat å studere de forskjellige organismer som lever i de dypeste delene av havet, og den steinete jordskorpen på jorda er praktisk talt uutforsket på dybder mer enn en halv kilometer under overflaten. Organismene vi beskriver i dette papiret lever i en helt annen verden enn den vi kjenner på overflaten. ”
Den underjordiske verdenen, sa Onstott, er et lettløst basseng med varmt, saltvann under trykk som stinker av svovel og skadelige gasser mennesker vil finne utbredbare. Men de nyoppdagede bakteriene, som er fjernt beslektet med Firmicutes-delen av mikrober som finnes i nærheten av undervanns hydrotermiske ventilasjonsåpninger, blomstrer der.
"Strålingen gir mulighet for produksjon av mange svovelforbindelser som disse bakteriene kan bruke som en energikilde for mat," sa Onstott. "For dem er det som å spise potetgull."
Men forskerteamets ankomst brakte ett stoff inn i den underjordiske verden som, selv om det er viktig for menneskelig overlevelse, viste seg å være dødelig for mikroberne - luft fra overflaten.
"Disse critters ser ut til å ha et reelt problem med å bli utsatt for oksygen," sa Onstott. Vi kan ikke se ut til å holde dem i live etter at vi har prøvet dem. Men fordi dette miljøet er så veldig som den tidlige jorden, gir det oss et grep om hva slags skapninger som kan ha eksistert før vi hadde en oksygenatmosfære. "
Onstott sa at for mange hundre millioner millioner år siden, kan noen av de første bakteriene på planeten ha trivdes under lignende forhold, og at de nyoppdagede mikroberne kunne belyse forskning på livets opprinnelse på jorden.
"Disse bakteriene er sannsynligvis nær bunnen av treet for bakteriedomenet i livet," sa han. “De er kanskje slektsmessig ganske eldgamle. For å finne ut av det, må vi sammenligne dem med andre organismer som Firmicutes og andre slike varmekjære skapninger fra dyphavsventiler eller varme kilder. "
Forskningsteamet bygger et lite laboratorium 3,8 kilometer under overflaten i Witwatersrand-regionen i Sør-Afrika for å utføre ytterligere studier av det nyoppdagede økosystemet, sa Onstott, som håper funnene vil være nyttige når fremtidige romprober blir sendt for å søke liv på andre planeter.
"Et stort spørsmål for meg er, hvordan opprettholder disse skapningene seg?" Onstott sa. "Har denne ene bakteriestammen utviklet seg til å ha alle egenskapene den trenger for å overleve på egen hånd, eller jobber de med andre arter av bakterier? Jeg er sikker på at de vil ha flere overraskelser for oss, og de kan vise oss en dag hvordan og hvor vi kan se etter mikrober andre steder. "
Andre forfattere av dette verket inkluderer Johanna Lipmann-Pipke fra GeoForschungsZentrum, Potsdam, Tyskland; Erik Boice fra Indiana University; Barbara Sherwood Lollar ved University of Toronto; Eoin L. Brodie, Terry C. Hazen, Gary L. Andersen og Todd Z. DeSantis av Lawrence Berkeley National Laboratory, Berkeley, California; Duane P. Moser fra Desert Research Institute, Las Vegas; og Dave Kershaw fra Mponeng-gruven, Anglo Gold, Johannesburg, Sør-Afrika.
Pratt og Onstott har samarbeidet i årevis som en del av Indiana-Princeton-Tennessee Astrobiology Institute (IPTAI), et NASA-finansiert forskningssenter med fokus på å utforme instrumenter og sonder for livsdeteksjon i bergarter og dypt grunnvann på jorden under planlegging for undersøkelse av jordoverflaten Mars. IPTAIs anbefalinger til NASA vil trekke på funn diskutert i Science-rapporten.
Dette arbeidet ble også støttet av tilskudd fra National Science Foundation, US Department of Energy, National Science Council of Taiwan, Natural Sciences and Engineering Research Council of Canada, Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG, German Research Foundation) og Killam Fellowships Program .
Originalkilde: Princeton University News Release
