Sparsamma mikrober kan leva på minimalt med energi

Under våra fötter finns en av jordens största, och samtidigt minst utforskade, livsmiljöer. Omfattande mikrobiella samhällen frodas i grundvattenmagasin, berggrundens porer och djupa sprickor – utan solljus, med endast begränsad tillgång till näring och på gränsen till vad som är energimässigt möjligt. I sin gemensamma översiktsartikel sammanfattar Mark Dopson, professor vid Linnéuniversitetet och Kirsten Küsel, professor vid universitetet i Jena den samlade kunskapen inom området.

Mikrobiell sparsamhet

Kärnan i artikeln är begreppet mikrobiell sparsamhet. Det beskriver evolutionärt utvecklade egenskaper som gör det möjligt för mikroorganismer att minimera sin energiförbrukning, utnyttja tillgängliga resurser effektivt och överleva långsiktigt även under kronisk energibrist.

– Begreppet mikrobiell sparsamhet beskriver hur livet djupt nere i jordskorpan har anpassat sig till en extremt begränsad tillgång på energi, vilket gör att mikroorganismerna kan överleva under mycket långa tidsperioder. Anpassningarna omfattar bland annat små celler som kräver mindre energi för att upprätthålla sina funktioner och föröka sig, samt en fortplantningsstrategi som kan pausas och återupptas beroende på tillgången på energi, säger Mark Dopson, professor vid institutionen för biologi och miljö på Linnéuniversitetet.

Mark Dopson, professor vid institutionen för biologi och miljö. Joakim Palmqvist

Likheter världen över

Forskarna har analyserat ett stort antal internationella studier av grundvattenekosystem och sammanfört resultaten inom ett gemensamt konceptuellt ramverk. Detta visade att mikroorganismer världen över har utvecklat liknande anpassningar för att hantera långvarig brist på energi och näringsämnen.

Många mikroorganismer växer extremt långsamt, utnyttjar olika energikällor på ett flexibelt sätt eller är beroende av nära metaboliska samarbeten med andra mikroorganismer. Samtidigt befinner de sig i ett energisnålt beredskapsläge som gör att de snabbt kan reagera när näring tillfälligt blir tillgänglig eller använda lagrade energireserver. Tillsammans gör dessa egenskaper det möjligt för dem att leva permanent under förhållanden som länge har betraktats som närmast obeboeliga.

Betydelse för klimat och vattenresurser

Betydelsen av resultaten sträcker sig långt utanför mikrobiologin. Grundvatten är jordens största reservoar av flytande sötvatten och förser miljarder människor världen över med dricksvatten. Samtidigt påverkar mikroorganismerna som lever där viktiga kretslopp: de binder kol, bryter ner metan och reglerar omvandlingen av kväve-, svavel- och järnföreningar. Därigenom bidrar de i hög grad till den kemiska stabiliteten i grundvattenekosystem och till regleringen av gaser som påverkar klimatet.

Kirsten Küsel, universitetet i Jena. Svea Pietschmann

Författarna ser sitt ramverk som en viktig grund för att i framtiden bättre förstå grundvattnets roll i globala ämneskretslopp, för vattenkvaliteten och i klimatsystemet.

– Dessa mikroorganismer är bland de mest dolda, men samtidigt bland de viktigaste, aktörerna på jorden. Den som vill förstå och skydda framtiden för våra grundvattenresurser måste också ta hänsyn till de samhällen som existerar djupt nere under markytan under förhållanden präglade av kronisk brist på energi, säger Kirsten Küsel, professor i akvatisk geomikrobiologi vid universitetet i Jena.

Mer information

Länk till studien: "Groundwater microbial communities across the terrestrial subsurface" publicerad i Nature Microbiology.

Artikeln bygger på ett pressmeddelande från universitetet i Jena.