Princeton-forskare har upptäckt en koloni av bakterier som lever mer än 3 km under jord. Genom att hitta livet under dessa extrema förhållanden utvidgar forskare sin förståelse för vilken typ av vanor som kan stödja livet.
En Princeton-ledd forskargrupp har upptäckt ett isolerat samhälle av bakterier nästan två mil under jord som hämtar all sin energi från förfall från radioaktiva stenar snarare än från solljus. Enligt medlemmarna i teamet antyder fyndet att livet kan existera i liknande extrema förhållanden även på andra världar.
Det självhållande bakteriesamhället, som trivs i näringsrikt grundvatten som finns nära en sydafrikansk guldgruva, har isolerats från jordens yta i flera miljoner år. Det representerar den första gruppen av mikrober som är kända för att uteslutande är beroende av geologiskt producerade väte- och svavelföreningar för näring. De extrema förhållanden under vilka bakterierna lever liknar dem från den tidiga jorden, och erbjuder potentiellt insikt i naturen hos organismer som levde långt innan vår planet hade en syreatmosfär.
Forskarna, som kommer från nio samarbetsinstitutioner, var tvungna att gräva sig 2,8 kilometer under vår världs yta för att hitta dessa ovanliga mikrober, vilket ledde forskarna till deras spekulationer om att livet skulle kunna existera under liknande omständigheter någon annanstans i solsystemet.
"Det som verkligen får mina juicer att flyta är möjligheten att leva under ytan av Mars," sade Tullis Onstott, en Princeton University-professor i geovetenskap och ledare för forskargruppen. ”Dessa bakterier har skurits bort från jordens yta i många miljoner år, men har frodats under förhållanden som de flesta organismer anser vara livlösa. Kan dessa bakteriesamhällen upprätthålla sig oavsett vad som hände på ytan? I så fall höjer det möjligheten att organismer kan överleva även på planeter vars ytor för länge sedan har blivit livlösa. ”
Onstott's team publicerade sina resultat i 20 oktober-numret av tidskriften Science. I forskningsgruppen ingår den första författaren Li-Hung Lin, som utförde många av analyserna som doktorand vid Princeton och sedan som postdoktor vid Carnegie-institutionen.
"Dessa bakterier är verkligen unika i ordets renaste mening", sa Lin, nu vid National Taiwan University. "Vi vet hur isolerade bakterierna har varit eftersom analyser av vattnet som de lever i visade att den är väldigt gammal och inte har utspädts av ytvatten. Dessutom fann vi att kolväten i miljön inte kom från levande organismer, som vanligt, och att källan till väte som behövs för deras andning kommer från nedbrytning av vatten genom radioaktivt sönderfall av uran, thorium och kalium. ”
Eftersom grundvattnet som teamet provade för att hitta bakterierna kommer från flera olika källor, är det fortfarande svårt att bestämma specifikt hur länge bakterierna har isolerats. Teamet uppskattar att tidsramen är någonstans mellan tre och 25 miljoner år, vilket innebär att levande saker är ännu mer anpassningsbara än en gång trott.
"Vi vet förvånansvärt lite om ursprunget, utvecklingen och gränserna för livet på jorden," sa biogeokemisten Lisa Pratt, som ledde Indiana University Bloomington bidrag till projektet. ”Forskare har precis börjat studera de olika organismerna som lever i de djupaste delarna av havet, och den steniga skorpan på jorden är praktiskt taget outforskad på djup mer än en halv kilometer under ytan. De organismer som vi beskriver i detta dokument lever i en helt annan värld än den vi känner på ytan. ”
Den underjordiska världen, sade Onstott, är en lättlös pool av varmt, trycksatt saltvatten som stinker av svavel och skadliga gaser som människor skulle hitta oundvikliga. Men de nyligen upptäckta bakterierna, som är avlägset besläktade med Firmicutes-avdelningen av mikrober som finns nära undervattens hydrotermiska ventiler, blomstra där.
"Strålningen möjliggör produktion av massor av svavelföreningar som dessa bakterier kan använda som en högenergikälla för mat," sade Onstott. "För dem är det som att äta potatischips."
Men forskarteamets ankomst förde ett ämne till den underjordiska världen som, även om den var avgörande för människans överlevnad, visade sig dödlig för mikroberna - luft från ytan.
"Dessa critters verkar ha ett verkligt problem med att utsättas för syre," sade Onstott. ”Vi kan inte tycka hålla dem vid liv efter att vi har provat dem. Men eftersom denna miljö liknar den tidiga jorden ger den oss ett handtag om vilken typ av varelser som kan ha funnits innan vi hade en syreatmosfär. ”
Onstott sade att för många hundratals miljoner år sedan, några av de första bakterierna på planeten kan ha frodats under liknande förhållanden, och att de nyligen upptäckta mikroberna kunde kasta ljus på forskning om livets ursprung på jorden.
"Dessa bakterier ligger förmodligen nära trädets bas för livets bakteriedomän", sade han. ”De är kanske släkt gammal. För att ta reda på det kommer vi att behöva jämföra dem med andra organismer som Firmicutes och andra sådana värmälskande varelser från djupa havsöppningar eller heta källor. ”
Forskarteamet bygger ett litet laboratorium 3,8 kilometer under ytan i Witwatersrandregionen i Sydafrika för att utföra ytterligare studier av det nyupptäckta ekosystemet, sa Onstott, som hoppas att resultaten kommer att vara till nytta när framtida rymdprober skickas för att söka liv på andra planeter.
"En stor fråga för mig är, hur håller dessa varelser sig själva?" Sa Onstott. "Har den här en bakteriestam utvecklats för att ha alla de egenskaper som den behöver för att överleva på egen hand, eller arbetar de med andra arter av bakterier? Jag är säker på att de kommer att ha fler överraskningar för oss, och de kan visa oss en dag hur och var vi ska leta efter mikrober någon annanstans. ”
Andra författare till detta arbete inkluderar Johanna Lipmann-Pipke från GeoForschungsZentrum, Potsdam, Tyskland; Erik Boice från Indiana University; Barbara Sherwood Lollar från University of Toronto; Eoin L. Brodie, Terry C. Hazen, Gary L. Andersen och Todd Z. DeSantis från Lawrence Berkeley National Laboratory, Berkeley, Kalifornien; Duane P. Moser från Desert Research Institute, Las Vegas; och Dave Kershaw från Mponeng-gruvan, Anglo Gold, Johannesburg, Sydafrika.
Pratt och Onstott har samarbetat i flera år som en del av Indiana-Princeton-Tennessee Astrobiology Institute (IPTAI), ett NASA-finansierat forskningscenter fokuserat på att utforma instrument och sonder för livdetektering i stenar och djupt grundvatten på jorden under planering för undersökning under jord Mars. IPTAI: s rekommendationer till NASA kommer att dra nytta av fynd som diskuterats i Science-rapporten.
Detta arbete stöds också av bidrag från 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) och Killam Fellowships-programmet .
Originalkälla: Princeton University News Release
