De är små men tål nästan allt:

Extremofiler - de tuffaste livsformer på jorden

De lever i hydrotermiska källor, djupt nere i glaciärisar,
i underjordiska berg och giftiga pölar av syra.
De är de tuffaste livsformerna på jorden, mikroorganismer som ger oss nya insikter om livets begränsningar.
De kan till och med ge nya kunskaper om hur livet började på jorden. Eller hur liv kan existera på andra planeter.

Geotermisk källa i Nya Zeeland. Här sköljs 75-gradigt vatten upp över den omgivande markytan. Sulfider av arsenik, kvicksilver och antimon finns i vattnet. Förutsättningarna för ”traditionellt” liv här är noll – men extremofiler trivs i vattnet.

Geotermisk källa i Nya Zeeland. Här sköljs 75-gradigt vatten upp över den omgivande markytan. Sulfider av arsenik, kvicksilver och antimon finns i vattnet. Förutsättningarna för ”traditionellt” liv här är noll – men extremofiler trivs i vattnet.

Forskare skivar ett isprov från Antarktis för analyser. Han bär skyddskläder och ansiktsmask för att minimera risken att förorena provet. Kemiska analyser av isprover kan avslöja förändringar i klimatet under flera hundra år.

Forskare skivar ett isprov från Antarktis för analyser. Han bär skyddskläder och ansiktsmask för att minimera risken att förorena provet. Kemiska analyser av isprover kan avslöja förändringar i klimatet under flera hundra år.

En av Jennifer Loveland-Curtzes favoritsysselsättningar är att smälta is. Jennifer är biolog från Penn State University i USA och nöjer sig inte med vilken is som helst. Den ska vara 20 000 år gammal och komma från Grönlands glaciärer. Isproverna, som borras ut tre kilometer ner i isen, är som frusna tidskapslar. Allt som föll på glaciärens yta blev så småningom begravt under de olika lager av is som byggts på under tidens­ gång.

Loveland-Curtze och hennes kollegor har upptäckt en ny art av bakterier som legat fångad i isen. De kallade bakterien Chryseobacterium greenlandensis och relativt snabbt blev de varse hur otrolig den lilla organismen är. Den kan leva i temperaturer långt under noll grader­, under ett stort tryck skapat av flera tusen meter is, utan sol, utan syre och i stort sett utan någon mat. En annan fascinerande sak med den lilla organismen är att den är väldigt, väldigt liten – hela 100 gånger mindre än exempelvis magbakterien E. coli.

C. greenlandensis har därför blivit klassad som en ultraliten bakterie och det kan vara just tack vare sin storlek som den kan överleva i dessa extrema förhållanden. Kanske kan den även ge oss ledtrådar till vilka slags organismer som kan leva i den underjordiska isen på Mars.

Hydrotermiska källor, så kallade black smokers, finns på djuphavsbottnar. Het magma under bottnen hettar upp vattnet i berget som sedan formligen exploderar ut i vattnet, som ett vulkanutbrott. Trots en temperatur på flera hundra grader börjar vattnet inte koka på grund av det höga trycket vid detta djup. I många hydrotermiska källor finns ekosystem av bakterier. Det här är ekosystem som inte är direkt beroende av solljus.

Hydrotermiska källor, så kallade black smokers, finns på djuphavsbottnar. Het magma under bottnen hettar upp vattnet i berget som sedan formligen exploderar ut i vattnet, som ett vulkanutbrott. Trots en temperatur på flera hundra grader börjar vattnet inte koka på grund av det höga trycket vid detta djup. I många hydrotermiska källor finns ekosystem av bakterier. Det här är ekosystem som inte är direkt beroende av solljus.

Heta källor

Extremofiler kan frodas såväl i extrem hetta som i extrem kyla. Vulkaniska källor och sjöar som de i Yellowstone Park i USA eller geotermiska pooler som på Nya Zeelands nordö, är platser där flera arter av mikrober frodas i temperaturer närmare 80 grader Celsius. Mikrober som lever i vulkaniska sjöar, som till exempel Sulfolobus archaea, beskrivs som ”termofiliska”, de tycker om värme. De verkar dessutom föredra vatten som är rätt sura, vilket gör dem till ”acidofiliska”. Forskare håller redan på att undersöka enzymer från Sulfolobus och andra termofiler för att se om de kan hitta nya värmeresistenta sammansättningar för att exempelvis rensa upp giftigt avfall.

130 grader

Den tuffaste av alla termofiler som man känner till i dagsläget är en mikrob som fått namnet Strain 121. Den lever i hydrotermiska källor eller ”svarta rökhål”, på Stilla havets botten. Strain 121 lever och förökar sig i den normala värmen i hydrotermisk källa, 121 grader Celsius, men den kan överleva några timmar i 130 grader. Mikroben är så extrem att forskarna uppgraderat den från termo­fil till hypertermofil.

– Om vi slängde ner den här organismen i en kastrull med kokande vatten skulle den stormtrivas, säger Derek Lovley, professor i mikrobiologi vid University of Massachusetts. Det var Lovley som tillsammans med kollegan Kazem Kashefi, upptäckte Strain 121.

Många andra arter av mikrober, inklusive en vid namn Pyrococcus furiosus, lever i det kokande vattnet kring de svarta rökhålen. Faktum är att vissa av dessa hypertermofiler inte kan överleva i temperaturer under 70 grader. Hypertermofilernas existens visar att liv kan ha börjat vid den tiden­ då jorden var primitiv och het och vulkanisk. Det betyder även att liv kan finnas i utomjordiska miljöer som till exempel på de exoplaneter som cirklar kring andra stjärnor.

Den här organismen som hittades i isen vid Vostoksjön i Antarktis har fått smeknamnet “klingon” och kan vara helt ny för vetenskapen. De isbitar man hittade organismerna i var upp till 400 000 år gamla.

Den här organismen som hittades i isen vid Vostoksjön i Antarktis har fått smeknamnet “klingon” och kan vara helt ny för vetenskapen. De isbitar man hittade organismerna i var upp till 400 000 år gamla.

Gillar gift

Vissa extremofiler överlever på ämnen som är giftiga för andra organismer. Mono Lake i USA är egentligen ingen­ting annat än en stor sjö med stora mängder av salt och bikarbonat, vilket ger vattnet ett pH-värde på 10. Vattnet innehåller även arsenik och selen, vilka är giftiga ämnen. Även i dessa ogästvänliga miljöer finns det liv och en av de få invånarna i Mono Lake är bakteriearten Bacillus selenitireducens. Denna haloalkalifil (tycker om salt och alkalier) får sin energi genom att överföra elektroner till kemiska föreningar och konvertera dem till en enklare form, en process som kallas reduktion. Forskare tror att bakterier så som B. selenitireducens kan vara orsaken till arsenikförgiftning i dricksvatten eftersom den kan omvandla det olösliga och relativt harmlösa arsenat till vattenlösligt arsenit. Forskarna har även hittat en positiv sida och det är de halvledande kristallerna och sfärerna­ som växer på B. selenitireducens yta som eventuellt kan användas vid nanoteknologi­.

Shewanella oneidensis är en annan art som livnär sig på giftiga ämnen, men i detta fall omvandlar den giftiga metaller som uran, krom och teknetium till former som inte löser sig med vatten. Ett karaktärsdrag som en dag kanske kan användas för att rena förorenat­ vatten.

Shewanella oneidensis är en bakterie som har förmågan att omvandla giftiga metaller och avfall, till exempel uran, krom och teknitium, till former som inte löser sig i vatten. Förhoppningsvis kan den här förmågan användas för att rena förorenat grundvatten i framtiden.

Shewanella oneidensis är en bakterie som har förmågan att omvandla giftiga metaller och avfall, till exempel uran, krom och teknitium, till former som inte löser sig i vatten. Förhoppningsvis kan den här förmågan användas för att rena förorenat grundvatten i framtiden.

Salta miljöer

Väldigt salta sjöar och dammar kallas för hypersalta miljöer. Great Salt Lake i Amerika har ibland en saltkoncentration på upp till 27 procent medan Döda havet i Mellanöstern ligger upp emot 35 procent. Trots dessa extremt salta miljöer finns här organismer som exempelvis vissa alger, flugor och mikrober. De lever ett gott liv eftersom det finns väldigt få rovdjur att oroa sig för i dessa miljöer. Halofiliska mikrober som Haloferax och Halococus har anpassat sig efter miljön och har ett lilaaktigt pigment, mer känt som bakterierhodopsin. Pigmentet är nära besläktat med pigmentet rhodopsin som finns i näthinnan hos djur. Bakterierhodopsin kan absorbera ljus från solen för att skapa energi så att mikroberna kan växa. Det förklarar också det röda skimret man kan se över stora områden på saltsjöar när mikroberna samlas i stora kolonier.

Bergätare

Tusentals meter ner i jordskorpan finns det något som rör sig. Här nere, under den intensiva hettan och trycket av underjordiska berg, lever bakterier som kallas för endolitotrofer – bokstavligen ”insides bergätande”. Det var inte så länge sedan man upptäckte endolitotrofer och nu tror forskare att det kan finnas fler av dessa än andra bakterier på hela jordens ovansida.

Under många år trodde forskare och vetenskapsmän att de minsta kraven för liv var ljus, syre och vatten. Det ökade antalet extremofiler som man upptäcker har ändrat regeln för kraven för liv. Tänk bara på endolitotroferna som överlever på bergmineral och ingenting annat. Den första hittades under en bergsborrning 1000 meter under jordytan så sent som 1995. Upptäckten av dem gav nervkittlande bevis på stora och outforskade ekosystem som levde i och under jordskorpan. Sedan dess har fler bevis dykt upp om berg­ätande organismer i vulkaniskt berg där det är lätt att se fossilerade spår och märken efter bakterier som ätit sig sin väg genom berglagren. Att organismer här på jorden kan livnära sig på oorganiska substanser lyfter fram frågan om liknande livsformer på andra planeter.

Radarsatellitbild över isen som täcker Vostoksjön, en sjö med en ytarea på 14 000 kvadratkilometer och som ligger­ under ett istäcke som är fyra kilometer tjockt.

Radarsatellitbild över isen som täcker Vostoksjön, en sjö med en ytarea på 14 000 kvadratkilometer och som ligger­ under ett istäcke som är fyra kilometer tjockt.

Vostoksjön

Ett annat område långt ner under jorden som intresserar forskare är en sjö som ligger 4 000 meter under den Antarktiska isen. Vostoksjön har varit­ förseglad från omvärlden mellan 15 och 25 miljoner år. Det enorma trycket från isen ovanför och den geotermiska hettan från jordens mantel hindrar sjövattnet från att frysa till is, trots de tre minusgrader som råder vid sjön. Vattnet här innehåller 50 gånger mer syre än vattnet vid ytan. De vetenskapsmän som håller på att borra sig fram till Vostoksjön är bara hundra meter ifrån sjön men problemet är att varje försök att borra sig igenom isberget skulle förorena vattnet. Man förlorar då chansen att undersöka unika organismer som har utvecklats i en förseglad miljö under miljontals år. Isbitar som man tagit från ett lager is precis ovanför sjön har redan avslöjat att det finns bakterier här. En av anledningarna till att forskarna är så intresserade är att Vostoksjön och andra sjöar under glaciärer representerar det närmaste vi kan komma de förhållanden som råder på den istäckta månen Europa – en möjlig kandidat för utomjordiskt liv.

Fyra Deinococcus radiodurans som bildar en fyrhörning. Bakterien kan motstå hög strålning, låga temperaturer, uttorkning, vakuum­ och syra. Den överlever strålning 3000 gånger högre än vad människan tål. Man tror att höga nivåer av mangan hjälper till att skydda de proteiner som reparerar dna:t i bakterien.

Fyra Deinococcus radiodurans som bildar en fyrhörning. Bakterien kan motstå hög strålning, låga temperaturer, uttorkning, vakuum­ och syra. Den överlever strålning 3000 gånger högre än vad människan tål. Man tror att höga nivåer av mangan hjälper till att skydda de proteiner som reparerar dna:t i bakterien.

Höga strålningsdoser

En art av extremofiler är utan tvekan den mest extrema av dem alla. År 1956 beslöt några forskare att testa om det gick att äta konserverad mat som hade exponerats för stora mängder gammastrålning. De blev förvånade när de, trots en intensiv strålningsdos, hittade bakterier i konservburken vilka hade förstört maten. Bakterien Deinococcus radiodurans kan överleva strålningsdoser 3000 gånger högre än vad människan klarar av. Den kan dessutom leva i kyla, utan vatten, i vakuum och även i syra. Deinococcus är så mångfasetterad att den är klassad som polyextremofil och finns omnämnd i Guinness rekordbok som världens tuffaste bakterie.

Forskarna tror att Deinococcus kan motstå strålning genom att ha en snabbt reparerande dna-mekanism och dessutom flera kopior av sina genomer­.

På andra världar?
Extremofiler är extraordinära organismer – den tuffaste livsformen på jorden. De här pyttesmå organismerna har förmågan att överleva under förhållanden man bara för en generation sedan trodde var omöjligt. I dessa fientliga miljöer, där extrema temperaturer, pH-värde, tryck och strålning skulle döda allt liv, representerar extremofilerna­ ett hopp för nya upptäckter – inte bara på vår planet utan även bortom den.

Material från
Allt om Vetenskap nr 6/7 - 2009

Mest lästa

Fler nyheter

Fler nyheter