Mikrobielle måtter i dybhavet kan ændre synet på livets økologi

Et hold forskere har identificeret usædvanlige såkaldte “wrinkle structures” i 180 millioner år gamle dybhavssedimenter i Marokkos Central High Atlas. Opdagelsen antyder, at mikrobielle måtter – organismer der i mange tilfælde fungerer på en måde, der kan sammenlignes med primitive planteøkosystemer – også kunne udvikle sig i totalt mørke miljøer. Resultaterne udvider forståelsen af, hvordan organismer uden adgang til sollys kan danne komplekse biologiske strukturer i havets bundsedimenter.

Fundet blev gjort af paleoøkologen Rowan Martindale fra University of Texas at Austin under feltarbejde i Dadès-dalen. Forskergruppen, som også omfattede Stéphane Bodin fra Aarhus Universitet, undersøgte lag af turbiditter, sedimenter dannet af kraftige undervandsstrømme. På overfladen af disse lag observerede Martindale små rynkelignende strukturer, der normalt forbindes med mikrobielle måtter i lavvandede havmiljøer.

Sådanne strukturer består af små forhøjninger og fordybninger i sedimentet og dannes, når mikroorganismer vokser i tætte måtter på havbunden. I nutidige økosystemer er disse samfund ofte domineret af fotosyntetiske mikroalger eller cyanobakterier, som ligesom planter udnytter sollys til at producere energi gennem fotosyntese. Derfor findes lignende strukturer i moderne miljøer typisk i tidevandszoner eller lavvandede kystområder.

Det overraskende ved fundet i Marokko er dybden af det miljø, hvor strukturerne blev dannet. De geologiske lag viser, at sedimenterne blev aflejret mindst 180 meter under havoverfladen. På den dybde trænger sollys normalt ikke ned, hvilket betyder, at fotosyntese ikke kan foregå. Dermed må mikroorganismerne have haft en anden energikilde end den, der driver plante- og algebaserede økosystemer nær overfladen.

Kemiske analyser af sedimentet gav en vigtig ledetråd. Lagene lige under strukturerne indeholdt forhøjede koncentrationer af kulstof, hvilket ofte indikerer biologisk aktivitet. Forskerne sammenlignede derefter observationerne med moderne dybhavsmiljøer, hvor robotstyrede undervandsfartøjer har dokumenteret mikrobielle måtter omkring hydrotermiske kilder og andre kemisk aktive områder.

I sådanne miljøer er mikroorganismer afhængige af kemosyntese i stedet for fotosyntese. Processen kan sammenlignes med planter, der driver deres energiproduktion uden sollys, men i stedet bruger kemiske reaktioner mellem mineraler og opløste stoffer i vandet. Energi frigives eksempelvis gennem oxidation af svovl eller metan, hvilket giver mikroberne mulighed for at opbygge biomasse på samme måde som fotosyntetiske organismer gør ved hjælp af solenergi.

Ifølge forskernes tolkning kan turbiditstrømme have spillet en central rolle i at skabe et passende miljø. Disse undervandsstrømme transporterer store mængder organisk materiale og næringsstoffer fra lavere områder ud i dybhavet. Samtidig kan de reducere iltindholdet i sedimenterne, hvilket skaber forhold, hvor kemosyntetiske mikroorganismer kan trives.

I perioderne mellem sedimentstrømmene kunne mikroberne sprede sig over havbunden og danne tætte måtter på overfladen af det nyligt aflejrede sediment. Når en ny turbiditstrøm senere dækkede området, blev strukturerne i enkelte tilfælde bevaret som fossile aftryk. På den måde kunne de skrøbelige overflader overleve i geologiske lag i millioner af år.

Et vigtigt resultat af opdagelsen er, at strukturer, som tidligere blev tolket som tegn på fotosyntetiske mikrobielle samfund, også kan være dannet af organismer, der lever helt uden sollys. Det betyder, at forskere muligvis har overset lignende spor af biologisk aktivitet i dybhavssedimenter fra andre geologiske perioder.

Ud fra denne sammenhæng kan det også udledes, at mikrobielle økosystemer i dybhavet kan have været mere udbredte end tidligere antaget. Hvis sådanne måtter kunne etablere sig efter gentagne sedimentstrømme, kan de have fungeret som stabile mikrosamfund, der i funktion minder om primitive plantebaserede økosystemer, blot drevet af kemisk energi i stedet for sollys.

Forskerne planlægger nu laboratorieforsøg for at undersøge, hvordan mikrobielle måtter udvikler sig under forhold, der efterligner turbiditmiljøer. En bedre forståelse af disse processer kan give ny indsigt i både jordens tidlige økosystemer og i, hvordan liv kan eksistere i ekstreme miljøer.

Kilde: Geological Society of America

Hvad er en mikrobiel måtte?
En mikrobiel måtte er et lag af mikroorganismer, ofte bakterier eller alger, der vokser tæt sammen på en overflade og danner et sammenhængende biologisk lag.

Hvad er forskellen mellem fotosyntese og kemosyntese?
Fotosyntese bruger sollys til at omdanne kuldioxid og vand til energi og organisk materiale, mens kemosyntese bruger energi fra kemiske reaktioner mellem mineraler og opløste stoffer.

Hvad er turbiditter?
Turbiditter er sedimentlag dannet af kraftige undervandsstrømme, hvor sand, mudder og organisk materiale transporteres ned ad havbundens skråninger.