Livet i havets djup
Har du funderat över hur det ser ut i Östersjöns djupaste del? Är det bara en syrefri värld full av svavelväte och dött sediment? Ny forskning visar att havets djup rymmer ett samhälle som står för viktiga funktioner i havets ekosystem.
Havsvattenytan småkrusar sig och det blåser bris. Det är mitten av april och lite kylslaget. Vinschen på skeppet spinner på. Från nästan en halv kilometer under havsytan dras raskt provtagningsrör med bottensediment upp, det ena efter det andra. Genast extraheras sedimentet på allt genetiskt material i ett lab ombord på skeppet.
En halv kilometer ner
Vid 30 meters djup är det mesta av solljuset borta. Vid 70 till 80 meter försvinner det mesta av syret. Vid botten på 459 meters djup är det mörkt, syrefritt och fullt med svavelföreningar i det stillastående vattnet. Varken växter eller djur klarar att leva i den miljön. Men i detta syrefria bottensediment, och i vattnet strax ovanför, finns en mångfald av mikroorganismer. Det har vi tidigare visat med hjälp av metoder där vi analyserar alla gener hos alla organismer i bottensamhället. Så har vi fått reda på vilka som döljer sig där, och vad de gör.
Vid botten på 459 meters djup är det mörkt, syrefritt och fullt med svavelföreningar i det stillastående vattnet. Här finns en mikrovärld som lever i ömsesidigt beroende, där en grupp producerar något som den andra behöver. Foto: Martin Almqvist/Azote
Dilemmat och hjälpmedlet
De flesta mikroorganismer i havet är mycket små och svåra att odla på lab för närmare studier. Därför har vår kunskap om dem varit mycket begränsad. Numera tar vi hjälp av högeffektiva metoder för DNA och RNA-sekvensering av alla gener och genuttryck som finns i ett miljöprov, så kallad metagenomik och metatranskriptomik. Detta har revolutionerat studierna av mikroorganismer eftersom vi kan analysera arvsmassan från alla organismer utan att isolera eller odla dem. Metoden innebär ett pusslande av en gigantisk mängd genetisk information som relateras till miljödata. Informationen kan sedan jämföras med exempelvis hur det ser ut globalt för att få en uppfattning om vad som kan vara karaktäristiskt för Östersjön, eller för ett visst prov och en viss miljö och skulle vara ett viktigt bidrag i miljöövervakningsstudier framöver.
Oumbärliga funktioner
Mikroorganismer är helt nödvändiga för att havets ekosystem ska fungera. Bakterier och arkeer är dessutom de enda som kan trivas utan syre. De har en central roll i omvandlingen av det organiska material som produceras i havet och ofta sjunker till botten. De är viktiga för cirkulationen av näringsämnen, såsom kol-, kväve-, och svavel- kretsloppen, för vitaminproduktion och i växthusgasomvandling. Allt detta är sådant som vi numera ofta kallar ekosystemfunktioner, vilka är förutsättningar för allt liv.
Grav eller nisch?
På botten i Landsortsdjupet samlas mycket organiskt material, bland annat som en effekt av övergödning. Det kan vara växtplankton från vårblomningen, cyanobakterier från senare blomningar och andra döda organismer som sjunkit ner genom vattenkolonnen. Men är det bara en grav? Även om det finns en mångfald av olika bakterier, arkeer, virus och plankton i det djupaste partiet av Östersjön så är det inget bevis för att dessa är vid liv. DNA kan finnas kvar länge i döda celler ...
Samhälle i samarbete
Vi kan nu visa vilka grupper av levande bakterier och arkeer som finns i sedimentet i Landsortsdjupet. Framför allt kan vi visa på vilka funktioner de har och vilka processer de är involverade i. Vi ser att där finns bakterier som kan bryta ner komplext organiskt material till mindre och enklare komponenter genom fermentering i det syrefria sedimentet. De lever nära tillsammans med andra specialiserade bakterier och arkeer som behöver dessa enklare komponenter och kan omvandla dem, bland annat till svavelföreningar, vätgas, koldioxid och metan, för att få energi. De klimatpåverkande gaserna kan läcka ut i atmosfären, men samtidigt hittar vi uttryckta gener som tyder på att det pågår en annan process som förbrukar en del av metanet nere i sedimentet.
Allt detta pekar på ett samhälle i ömsesidigt beroende, där en grupp producerar något som den andra behöver. Resultatet är ett samhälle med förmågan att omvandla en del av det organiska material som kommer från ytan och överliggande vatten, delvis till klimatpåverkande gaser men även till återanvändbara ämnen i ekosystemet.
Vi har under några år tagit prover från Landsortsdjupet för att undersöka vilka organismer som lever där och vad de gör. Vi vill förstå deras funktioner, hur de påverkar, eller har anpassats till, miljön och vilken roll de har i ekosystemet. Foto: Christian Sommer
Visar på förorenat hav
En viktig egenskap hos bakterierna i Landsortsdjupet är förmågan att anpassa sig till miljön genom genetisk utbyte. Delar av arvsmassan, som ofta innehåller gener för olika resistens, kan förflyttas från en bakterie till en annan. Exempelvis är tungmetall-resistens mycket vanligt i Landsortsdjupet, även jämfört med hur det ser ut globalt. Det återspeglar det generellt sett förorenade läget i Östersjön. Särskilt i Landsortsdjupet har man uppmätt höga halter miljögifter och tungmetaller vilket troligtvis beror på att platsen tidigare brukats som dumpningsplats.
Gåtan i mörka djupet
Mindre väntat var att vi fann uttryckta gener från solljusberoende cyanobakterier, typiska för vattnet närmare ytan, i våra analyser. Det visar tecken på cellaktivitet i det mörka, svavelföreningsrika sedimentet på nära en halv kilometers vattendjup. Framtida forskning kommer svara på varför dessa gener uttrycks.
Östersjöns största problem
Övergödning och syrefria bottenområden hör till Östersjöns största miljöproblem idag. Eftersom vi visat att olika grupper av bakterier och arkeer lever tillsammans i djupet och att de har möjlighet att samverka, så spelar sammansättningen av mikroorganismer stor roll för hur mycket kol och kväve som kan omvandlas i syrefri miljö på stora djup. Förutom att dessa processer är starkt kopplade till övergödningsproblematiken så kan de också ge effekt på både upptag och produktion av klimatpåverkande föreningar.
Ökad kunskap om mikroorganismers funktion i Östersjöns ekosystem, hur de påverkar och påverkas av störningar och miljöförändringar, är därför ett viktigt bidrag för att kunna förutse den ekologiska effekten av exempelvis utbredningen av syrefria bottnar - ett problem som spås öka framöver.
