Kanadensiska forskare har hittat mikrober som kan skapa syre, hundratals meter ner i gamla grundvattenreservoarer. Kring mikroberna hade komplexa ekosystem av andra, syrekrävande mikrober vuxit upp. Många planeter och månar i vårt system har djupa, frusna vattenreservoarer – kanske kan bakteriekolonier växa även där?
Finns det inget ljus, bildas inget syre. Det enkla resonemanget har varit en etablerad sanning sedan 1780-talet, när fotosyntesen först upptäcktes. Men under en rutinstudie av vattenkvalitet i underjordiska vattenkällor upptäckte kanadensiska forskare både syre och ekosystem av syrekrävande mikrober, där de inte alls borde finnas. Det som skulle ha varit ett okomplicerat första projekt för nya postdoktoranden Emil Ruff blev ett mycket längre detektivarbete.
Studien gjordes på vatten i akvifärer (underjordiska vattenreservoarer) i provinsen Alberta i norra Kanada, av en forskargrupp från University of Calgary. Grundvattenprover togs från en mängd olika vattenkällor som representerade olika djup, olika geokemiska regioner och olika grundvattens-ålder. Forskarna undersökte antalet celler i varje prov genom att färga cellernas kärnor och räkna dem med fluorescerande mikroskop. Resultatet de väntade sig att se var att ju djupare vattenkällan som provet tagits från var, desto färre celler skulle provet innehålla. Tillgången på syre från marken minskar med djupet, och då borde antalet mikrober bli mindre och mindre ju längre ner man mäter. Det är så det ser ut i många ekosystem, både på marken och i havet.
Istället blev resultatet av cellräkningen tvärtom – i äldre och djupare vatten fanns fler celler. Forskargruppen gick vidare till att kartlägga vilka sorters mikrober som fanns med hjälp av gensekvensering, och hittade oväntat komplexa ekosystem av mikrober på djupare nivåer med äldre grundvatten. Som väntat fanns det bakterier som producerade metan, och andra bakterier som levde på metan. Men det fanns också aeroba bakterier, som måste ha syre för att leva, i hundratals prover. Det fanns syre upplöst i vattnet i de flesta proven, så kontaminering kunde inte vara orsaken. Var kom då det oväntade syret från?
Masspektrometri av syret visade att det mest sannolikt producerats av levande källor, så det rimligaste antagandet var att syret hade producerats av mikrober. Källan är sannolikt metankrävande bakterier som först skapar eget syre genom att bryta ner nitrater (NO3) och sedan använder syret för att bryta ner metanmolekyler. Processen kallas dismutation och hittades hos underjordiska metankrävande bakterier under sent 2000-tal. Den har tidigare inte setts som en viktig syrekälla för andra mikrober, men nutida labbexperiment med artificiella mikrober har visat att syre som skapats genom dismutation kan läcka ut ur de syreproducerande cellerna och spridas i deras omgivning.
Det är känt sedan tidigare att mikrober kan leva på oväntade platser. Bakterier flera kilometer under jorden, som lever på radioaktivitet. Energisnåla zombiebakterier med extremt långsam metabolism, som lever i djupt ner i havsbottnar. Extremofiler som trivs i hetvattnet kring termiska ventiler på havsbottnar.
Fyndet visar att syre kan finnas på djup som tidigare ansetts syrefria, och att äldre grundvattenreservoarer kan innehålla ett rikt liv. Det stödjer idén att syre skulle kunna produceras och stödja utvecklingen av ekosystem av mikrober på platser som hittills setts som helt sterila – även i rymden. Jordlagret på Mars innehåller perklorater, som vissa bakterier kan bryta ner till klorid och syre. Många planeter och månar i vårt system har frusna vattenreservoarer där dismutations-processer kanske skulle kunna skapa syre, som Jupiter, Saturnus, Uranus, Neptunus, Jupiters måne Europa och Saturnus måne Enceladus.
Artikel: Hydrogen and dark oxygen drive microbial productivity in diverse groundwater ecosystems (Nature Communications, 14:3194, 2023)
