På jagt efter havets dybeste hemmeligheder

I den græske mytologi er Hades dødsriget i underverdenen. Et mørkt og livløst sted, hvor mennesket efter døden må henslæbe et evigt glædesløst skyggeliv. Mørk og livløs måtte dybhavets verden også være, mente de første forskere, der vovede sig derned.

Derfor kom alle klodens havdybder på 6-11 km til at hedde ”den hadale zone”. For hvad kunne man dog forvente at finde, andet end øde mørke og trøstesløshed?

En hel del, har det siden vist sig. Den hadale zone er langt fra så livløs som grækernes dødsrige. Tværtimod er der masser af liv – også helt nede på bunden af de op til 11 km dybe dybhavsgrave.

Fund af nye arter

– Det er mere reglen end undtagelsen, at vi finder nye arter, når vi er afsted på de større ekspeditioner, siger Ronnie N. Glud, professor i biogeokemi og leder af det nye danske grundforskningscenter HADAL.

På ekspeditioner til dybhavsgrave med så eksotiske navne som Marianer-graven, Atacama-graven og Kermadec-graven har han gang på gang oplevet at møde et mylder af liv på bunden af gravene.

Til trods for det konstante mørke og enorme tryk lever her f.eks. både søpølser og kæmpe tanglopper, men det er nu ikke dem, som optager Ronnie N. Glud mest:

– Det er selvfølgelig fascinerende at se de bizarre kæmpe tanglopper fra dybet. Men de organismer, som der er helt utroligt mange af, og som virkelig betyder noget, er bakterier og virus. Der findes enorme mængder af dem,og deres aktivitet spiller en afgørende rolle for livsforholdene på Jorden.

Eksempelvis er den mikrobielle omsætning af organisk materiale i dybhavets sedimenter af stor betydning for ilt- og kuldioxidniveauet på Jorden.

Men hvordan kan et så øde og mørkt miljø, tilsyneladende isoleret fra alt, understøtte så meget liv?

Hvordan kan der være så meget liv?

En af hemmelighederne bag mikrobernes trivsel er, at de får tilført relativt meget organisk materiale. En dybhavsgrav fungerer lidt som en tragt, der akkumulerer det meste materiale på de største dybder, f.eks. nedsynkende døde alger, planter og dyr.

Denne proces stimuleres kraftigt af seismisk aktivitet som jordskælv, hvor mudderskrænterne med al deres liv skrider sammen og ender i bunden af gravene.

– En anden vigtig faktor er, at det stigende tryk hæmmer aktiviteten af de bakterier, der oprindeligt koloniserede det organiske materiale i overfladen, og derfor når materialet relativt ufordøjet ned i dybet, hvor specialisterne, der er tilpasset det høje tryk, kan tage for sig af retterne, forklarer Ronnie N. Glud.

Det myldrer med virus

Bakterier findes altså i enorme antal i dybhavets sedimenter, men de livsformer, der er er flest af, er faktisk virus.

– Virus er den absolut mest talrige livsform i hele verden, og det gælder også i dybhavet, ved vi nu, siger Mathias Middelboe, professor i marin mikrobiologi på Københavns Universitet. Han er også tilknyttet centret HADAL og har været på flere dybhavsekspeditioner med Ronnie N. Glud.

Dybhavets virus og bakterier kæmper en uendelig kamp om at få noget fra hinanden; på den ene side slår virus enorme mængder bakterier ihjel, på den anden side ”hjælper” de også bakterierne til at trives. Dels fordi de bidrager til, at det organiske stof bliver genbrugt, når de virus-inficerede bakterieceller dør. Og dels fordi de tilfører vigtigt genetisk materiale til bakterierne.

Bakterierne har altså fordele af at lade sig invadere af virus – men kun til en vis grænse, og de slår igen og udvikler forsvarsstrategier, hvis deres samfund trues.

Virus driver evolutionen

– Virus har overraskende vist sig at være særdeles effektive til at understøtte bakteriernes succes. De kan sprede gener fra en vært til en anden og dermed drive evolutionen i dybet, siger Mathias Middelboe.

Når et virus indtager en vært – i dybhavet typisk en bakterie – tager det gener med. Det kan være et gen, som virus har taget hos en tidligere vært, som så bliver afleveret hos den nye vært.

– Måske er generne værdifulde for den nye vært, måske ikke, og så bliver de ikke brugt til noget. Men de er der, og de kan aktiveres, hvis det viser sig at være en fordel for værten. Det er selektion og evolution, forklarer han.

Dette har pågået i milliarder af år, og derfor må man forvente at finde enormt mange gener i dybhavets bakterier, som er blevet spredt og delt af virus, mener han.

Som eksempel nævner han opdagelsen af et gen, som en virus har afleveret i en bakterie, som han og kolleger har fundet i et dybhavssediment. Dette gen findes også i kolerabakterier oppe hos os på overfladen.

– Det findes også i spildevandsbakterier og i mange andre bakterier, og det illustrerer, hvor vidt omkring, virus kan sprede gener. Det kan have forskellige funktioner i forskellige bakterier, så det er ikke sådan, at alle bakterier med dette gen giver os kolera. Det udnyttes forskelligt fra bakterie til bakterie, uddyber han og tilføjer:

– Ca. 80 % af de gener, vi finder i virus, koder for funktioner, som vi endnu ikke kender, så der foreligger et stort opklaringsarbejde med at beskrive og kortlægge denne gigantiske pulje af ukendt genetisk information.

Atomkatastrofe kunne ses i dybhavsgrav

Dybhavsgravene er altså ikke så øde, som man hidtil har troet. De er heller ikke så isolerede og utilgængelige. Faktisk er der ret effektive og hurtige transportveje mellem overfladen og dybet. Det foregår via nedsynkning, havstrømme og seismisk aktivitet.

Derfor er det ikke kun alger, døde dyr og planter, der synker ned og akkumuleres i bunden af dybhavsgravene. Det gør miljøfremmede stoffer også.

I 2011 rystedes Japan af et mega-jordskælv, og den efterfølgende tsunami oversvømmede køleanlæggene i atomkraftværket Fukushima. Tre reaktorer nedsmeltede, og den største atomkatastrofe siden Tjernobyl udløstes.

Forskerne sænkede en makrel ned på 6980 m dybde under en ekspedition til Atacama-graven. Det tog kæmpe-tanglopperne 10 timer at fortære den. Du kan se forløbet i denne timelapse film. Film :© Alan Jamieson, Newcastle University.

Fire måneder senere kunne radioaktive stoffer, der kun kunne stamme fra Fukushima, ses i sedimentprøver fra Japaner-graven.

– Det viser os, at tsunamier effektivt kan transportere store mænger materiale fra land og kystzonen ud på det åbne ocean, hvor det blandt andet akkumulerer i de hadale grave.

– Video-optagelser viste også, hvordan mange efterskælv blev ved med at sende døde dyr og andet organisk materiale ned i bunden af graven, fortæller Ronnie N. Glud.

Kviksølv og PCB i krebsdyr

Miljøfremmede stoffer som PCB og tungmetaller som kviksølv finder også vej.

– Prøver fra hadale krebsdyr indeholder meget større koncentrationer af miljøfremmede stoffer, end man skulle forvente, siger han.

Hvad det betyder, er endnu for tidligt at svare på:

– Vi ved det ikke. Måske findes der organismer dernede, som er gode til at omsætte stofferne. Måske bliver stofferne inkorporeret i organismer og indgår dermed i de hadale fødenet – men de kommer næppe ud af graven igen.

Svarene vil han, Mathias Middelboe og deres forskerkolleger i HADAL søge i dybets sedimenter.

Livet skal undersøges i dybet

Af indlysende årsager er det en ekstremt vanskelig og kostbar affære at sætte et menneske eller to i et dybhavsfartøj og sænke dem ned på 10 km dybde. Ufarligt er det bestemt heller ikke.

Et billigere og mindre farligt alternativ er at sende robotter med udstyr og kamera ned i dybet. De kan så foretage eksperimenter og målinger dernede og endvidere hente sedimentprøver op til forskerne på moderskibet.

– Det er vanskeligt at hente levende organismer op til overfladen. På grund af det ekstreme hydrostatiske tryk vil eksempelvis bakteriernes metabolisme ændre sig, så udfordringen for os har været at finde nogle metoder til at foretage videnskabelige undersøgelser i deres naturlige miljø, altså direkte på bunden af de dybe grave, forklarer Ronnie N. Glud.

Holdet bag forskningscenteret har også udviklet trykkamre, der i laboratoriet kan efterligne dybets ekstreme hydrostatiske tryk og dermed undersøge, hvorledes forskellige livsprocesser påvirkes af tryk.

Hvad skal vi bruge det til?

– Selv om vi til stadighed lærer mere om forholdene i dybhavet, ved vi stadig meget lidt og dybest set aner vi ikke, hvad vi vil finde dernede, siger Mathias Middelboe og hentyder især til virus og de gener, som de bærer på.

– Vi vil givetvis finde mikroorganismer med tilpasninger til det specielle miljø, som kan gøre os klogere på, hvordan virus og bakterier interagerer under disse forhold. Måske vil nogle af de egenskaber, vi finder i mikroberne, vise sig at kunne bruges i industrien; f.eks. enzymer, der kan operere effektivt ved lav temperatur og højt tryk, siger han.

Videnskabelige udforskninger har tidligere kastet gavnlige spin-offs af sig. Uden menneskets nysgerrighed og trang til at udforske ville vi i dag hverken have elektricitet, penicillin eller vaskepulver. Ingen velcro, intet internet, ingen teflon-pander.

– Det vil være da fantastisk, hvis vi finder noget, f.eks. genetisk materiale, der kan bruges i fx medicinal-industrien, men det er ikke det, der driver os i første omgang, siger Mathias Middelboe.

Hvad ved vi dybest set om livet?

Også Ronnie N. Glud drives snarere af nysgerrighed og det fascinerende ved at udforske livet på grænsen til det umulige. Det handler i højere grad om at bedrive grundforskning, der kan bidrage til menneskets forståelse af sig selv og verden.

– Hvis vi ikke ved, hvordan vores klode fungerer – hvad ved vi så dybest set om livet eller os selv, spørger Ronnie N. Glud retorisk, og fortsætter:

– 71 pct. af Jorden er dækket af vand, og heraf er langt det meste mere end to km dybt. Vi lever på 29 pct. af jordoverfladen og synes måske, at vi har et meget godt indtryk af, hvordan vores klode ser ud og fungerer. Men der er så meget, vi ikke ved, og helt grundlæggende er det vigtigt at forstå, hvordan havenes kemi og liv vekselvirker for at forstå den planet, vi ser i dag.

Næste lejlighed til at udforske livet på grænsen til det umulige bliver i efteråret 2021, hvor Glud og Middelboe, sammen med et internationalt forskerhold, sætter kursen mod den 9.780 m dybe Izu-Bonin-graven i det vestlige Stillehav, en dags sejlads fra Tokyo.

Bon voyage.

Topfoto: © Alan Jamieson, Newcastle University