Tryk på livet

Hotspots i mørket

At organisk materiale kan blive fokuseret i dybhavsgravene hænger bl.a. sammen med, at gravenes sider er stejle. Gravene opstår, hvor nogle af oceanernes tektoniske plader bliver skubbet ned under kontinentalpladerne som fx øst for Japan. Her bliver Stillehavspladen skubbet under den Eurasiatiske plade og danner Japanergraven. Disse områder rammes hyppigt af jordskælv og tsunamier, der netto set transporterer store mængder af materiale ned i de dybe dele af gravene. Dette skyldes, at siderne er stejle med hældninger på 5-10%. Til sammenligning er stigningerne i Tour de France-cykelløbets monsteretape Alpe d’Huez på 8-12%.

Resultatet er, med Ronnie N. Gluds ord, at de dybeste områder fungerer som biologiske hotspots. Hvem skulle lige have ventet det?

 Aftryk i dybhavet

Det var dog ikke slut med overraskelserne. Akkumulation og begravelse af organisk kulstof per kvadratmeter viste sig at være 70 gange større i gravene end andre steder i dybhavet, noget der er værd at bemærke i en klimakritisk tid. Som Ronnie N. Glud siger:

”Selvom gravene kun repræsenterer måske 2% af arealerne i dybhavet, så er gravene potentielt globalt vigtige for kulstofbegravelsen, fordi de binder kulstoffet og bidrager dermed til at modvirke klimaforandringer, induceret af fossil afbrænding og forøgede indhold af kuldioxid i atmosfæren.”

Men akkumulationen af organisk stof og døde dyr fra de lavere dybder reflekterer også en mere negativ side af nutiden. Ronnie N. Glud forklarer:

”Vi har fundet meget store mængder af miljøfremmede stoffer som tungmetaller og svært nedbrydelige organiske stoffer som fx PVC. Det havde vi ikke umiddelbart forventet. Men med en forøget netto deponering i gravene og effektiv mikrobiel omsætning af friskt organisk materiale øges koncentrationerne af disse stoffer i bunden af gravene. Oprindeligt var vi af den opfattelse, at allerlængst væk fra land og havoverfladen ville spor af menneskets aktivitet være mindst – men det forholder sig altså omvendt: Effekterne intensiveres i bunden af gravene.”

Og for at understrege hvor hurtigt processerne også kan virke, siger professoren:

”En åbenbaring for mig selv var, at vi efter det store jordskælv i Japan i 2011, hvor en voldsom tsunami skyllede ind på østkysten af Japan, fire måneder senere kunne finde Cæsium 134 på 9 km dybde i Japanergraven. Det kunne kun stamme fra det havarerede atomkraftværk Fuskushima. Det fortæller noget om, hvor effektiv transporten af materiale fra kystzonen og fra land til de hadale grave kan være.”

Hadalzonen – et fortrinligt sted at være bakterie

Spørgsmålet er, hvilket liv man finder på de største dybder. Er der fx fisk på havbunden, noget som de første eventyrere på bunden af Marianergraven i 1960’erne hævdede at have set? Men det er nok mere en anekdote, for ingen har sidenhen set fisk på de dybder. Til gengæld er den god nok, når Ronnie N. Glud siger:

”Vores team har sammen med samarbejdspartnere i Australien og Japan sat en ny rekord. I august 2022 kom vi i Guiness rekordbog, fordi vi registrerede den største dybde for en fisk på 8.336 m med vores kamera. Vi ser fisk i hadalzonen, men de forsvinder ved omkring 8 km dybde, og ses altså ikke nede i de dybeste grave. Det er en specifik gruppe af meget geleagtige fisk, som har formået at invadere graverne. Men de kan trods alt ikke komme længere ned end ca. 8 km, for ved så højt tryk udfordres fisks fysiologi.”

 ”En anden gruppe af dyr, der er mere trykresistente, overtager derfor fiskenes niche i de dybeste grave: Tanglopper. Nogle af dem kan blive meget store og lever som ådselædere og ved kannibalisme. På HADAL arbejder vi dog primært med bakterier og meiofaunaen, dvs. småkravl som rundorme, der blandt andet græsser på den rige bakterieflora.”

Og netop bakterierne i havbunden gør, at Homers beskrivelse af Hades næppe dækker helt på trods af, at bakterierne lever usynligt nede i sedimentet. Det vrimler nemlig med bakterier i havbunden.

Japanergraven og Kattegat – same same but different

Så her var der endnu en overraskelse for Ronnie N. Glud og hans team. Han forklarer:

”Det, der overrasker os meget, er den store mikrobielle aktivitet i dybet. Hvis vi plotter livets træ for en bestemt gruppe bakterier, kan vi se, at individer fra hadalzonen blander sig med det træ, vi har etableret for deres lavtvandede slægtninge. Bakteriefloraen er tydelig forskellig fra det, vi kender fra lavere dybde, men er samtidig genomisk meget divers, når vi analyserer deres DNA. Det indikerer, at det ekstreme tryk ikke er en evolutionær flaskehals for mikroberne, som det er for højere livsformer som fisk og tanglopper. Men med bakterierne ser det ud til, at de relativt nemt kan tilpasse sig det ekstreme tryk.”

”Det er overraskende, og vi har stadig ikke den fulde forklaring på dette. Muligvis har mikroberne allerede de gener, der aktiveres, når trykket bliver højt nok. Eller måske spiller det en rolle, at virus rent praktisk kan flytte trykoptimerede gener mellem bakterierne.”

Hvis de ligner deres mere lavvandede slægtninge, kan man så ligefrem sige, at der er pendanter i de danske farvande? Til det siger Ronnie N. Glud:

”Ja, og det var også en overraskelse for os. Funktionelt ligner de mikrobielle samfund på de laveste og dybeste dele af verdenshavet hinanden. Som sagt falder den tilgængelige fødemængde typisk med havdybden. Det har den konsekvens, at ilten trænger længere og længere ned i havbunden, når vi kommer ud på de åbne oceaner. Derfor er der ikke eutrofiering i dybhavet. Men når vi kommer ned i de egentlige grave, der er beriget med organisk stof og har en høj mikrobiologisk aktivitet, så genfinder vi de iltfrie sedimentlag og de processer, som vi kender fra fx Randers Fjord og Kattegat. Men de mikrobielle samfund, der er ansvarlige for processerne, opererer nu under et ekstremt tryk.” 

 

Tryk på!

Der er naturligvis gode grunde til, at livet i dybhavsgravene domineres af nogle relativt få faunagrupper, mikrober og virus. Den væsentligste faktor er trykket, som ikke kun influerer på livet, men også på det udstyr, forskerne bruger til deres udforskning. På 11 km dybde er trykket 1.100 bar – eller 1,1 tons pr. cm². Ronnie N. Glud uddyber:

”Ja, trykket stiller store krav til vores grej, og de materialer vi anvender til at bygge det. Eksempelvis bliver visse plastmaterialer mere flydende. Vores robotter bygges derfor af specielle højkvalitetsmaterialer. For bakterierne betyder det høje tryk, at deres cellemembraner skal være tilpasset og have en anden ”sejhed” end deres lavt-vands slægtninge. En udfordring er, at det store tryk presser vandmolekyler ind i eksempelvis enzymernes struktur, der dermed mister deres funktion.”

 ”For at fastholde funktionaliteten benytter mikrober derfor særlige stoffer kaldet osmolytter, der kan stabilisere enzymernes rumlige udformning. Men der er mange tilpasninger af mikrobernes organeller, der skal justeres, for at de kan leve under det høje tryk – en ikke helt enkel proces. Det er også derfor, det har undret, at vi har den store genetiske mangfoldighed af bakterier dernede, da mange forskellige grupper må have fundet tricks til at operere under det høje tryk.”

At bakterierne har tilpasset sig et liv på ultradybt vand betyder så også, at hvis de dukker op i forskernes prøverør på skibet, så er deres struktur gået i stykker, Og det duer ikke rigtig, hvis man skal bruge dem i forskningen.

 

Derfor har HADAL udviklet en lang række dybhavsrobotter, der kan gennemføre målinger og eksperimenter nede i dybet uden først at tage bakterierne ombord på forskningsskibene. En anden udvikling er særlige tryktanke, der står i deres kælder på SDU. Ronnie N. Glud tager os med på en tur:

 

 

”I vores laboratorier har vi en masse tryktanke med sensorer i, så vi kan øge trykket og se, hvordan det påvirker forskellige livsformer og processer som eksempelvis synkende organiske partikler, også kaldet ”marin sne”. "Det har bl.a. vist sig, at respirationen af bakterier og alger fra overfladen gradvist bliver hæmmet af tryk og helt stopper ved tryk, der svarer til ca. 4-6 km dybde. Vi kan se, at enzymerne holder op med at virke og se, at cellemembranerne bliver ødelagte og utætte, og materialet inde i cellerne begynder at lække til det omgivende havvand.”

En cadeau

Næste gang HADAL-gruppen går i dybden, foregår det både tættere på Danmark og knap så dybt som i hadalzonen. Ronnie N. Glud siger:

”I juni tager vi til Molloy Dybet, som ligger i Fram Strædet mellem Grønland og Svalbard. Det er med sine 5,5 km dybde det dybeste sted i Arktis. Det er ikke rigtig dybt, men det er trods alt dybt i et arktisk område. Det er tættere på Danmark, og logistisk enklere at gennemføre større kampagner og flerårige eksperimenter."

 "Til august skal vi indsamle en 3,5 km lang streng af udstyr, der har opereret i 14 måneder på 9 km dybde i Japanergraven, og den vil vi på sigt også gerne sætte ud i Molloy Dybet. Instrumenterne og sensorerne gør det muligt at forstå processerne bag deponeringsdynamikken i dybet.”

”For os er det en cadeau til livet, at hvis der findes nicher, hvor ekstreme de end er, så florerer livet også under ekstremt tryk. Og faktisk kan livet fortsætte de samme processer, som vi kender fra mere lavvandede og imødekommende habitater.”