Geobiosfæren – et uskrevet kapittel

I skjæringspunktet mellom geologi og biologi blir det nå bygget et forskningssenter som er på leting etter en grunnleggende forståelse for hvordan livet på Jorden oppstod. Det skal de klare ved å studere geologiske og biologiske miljøer hvor livsbetingelsene er – mildt sagt – ekstreme.

Det er først ganske nylig vi ble klar over at det finns liv i miljøer hvor sollyset aldri trenger ned. Etter en serie med boringer og dykk i verdens dyphav har forskerne imidlertid funnet ut at Jorden har en dyp biosfære – i sedimentære bergarter, i osean skorpe og i hydrotermale fluider som strømmer opp fra skorpen – som henter energien fra Jordens indre.

Dette åpner helt nye perspektiver for forståelsen av livet på jorden og menneskenes leting etter ekstraterrestrisk liv. Kanskje er det nettopp denne typen liv vi skal finne på planeten Mars?

Mikroorganismer

Mikroorganismer (mikrobe; mikros, liten);svært små organismer; særlig bakterier, men også andre encellede dyr og virus. Mikroorganismer er vesentlige for stoffomsetningen på jorden.

Stikkordet er ”dypere”

–        Det overordnede målet vårt er å utvikle ny og fundamental kunnskap slik at vi etter hvert bedre forstår samspillet mellom biosfæren, hydrosfæren og geosfæren, og derved også livets opprinnelse.

Professor Rolf Birger Pedersen ved Institutt for geovitenskap, Universitetet i Bergen, nå leder for det nyopprettede Senter for geobiologi (GEO 01/2007; www.geobio.uib.no), har fått et mandat for de neste ti årene. Det er tydeligvis ingen mangel på ambisjoner. Senteret tar tak i ett av de mest fundamentale spørsmål som forskere over hele verden har undret seg over i uminnelige tider.

–        Dette skal være grunnforskning, presiserer Rolf Birger, der han sitter lett henslengt på sitt forskerkontor og er leder for et mannskap på størrelse med en mellomstor bedrift.

–        Vi garanterer derfor slett ikke for at resultatene våre kan omsettes i såkalt matnyttige prosjekter. Men vi kan love at vi skal gjøre vårt aller beste for at oppnå en dypere forståelse av liv i ekstreme miljøer, samspillet mellom geologiske og biologiske prosesser, og – hvordan livet på Jorden oppstod.

Stikkordet er ”dypere”. For Rolf Birger presiserer at forskningen vil ha fokus på dyphavene, den dype biosfæren og det han kaller dyp tid. Ved å jobbe med disse temaene skal gruppen få en samlet forståelse av ”livets røtter”.  Matnyttig? Nei, kanskje ikke, men hvem vet? Spennende? Ja, definitivt!

Jomfruelig grunn

Forskningssenteret skal altså drive med geobiologi eller geobiologi; ukjente begreper for de fleste av oss. Det antyder at det er en sammenheng mellom geologi og biologi.

–        Biosfæren på Jorden kan deles i to, forklarer Rolf Birger. – Den ene er drevet av energien i sollyset og holder den livgivende fotosyntesen i gang. Den andre er drevet av kjemisk energi fra jordens indre som skaper livsbetingelser gjennom kjemosyntese.

Den soldrevne biosfæren har vært studert i hundrevis av år. Den jorddrevne biosfæren er derimot ganske ukjent, og vi mangler bl.a. svar på hvordan den fungerer og hvor stor den er.

–        Den jorddrevne biosfæren er lite utforsket, og det er bare de senere årene at vi har oppdaget at det finns mikroorganismer også der sollyset ikke trenger ned. Dette kan for eksempel være i hydrotermale væsker som strømmer ut på havbunnen rundt midthavsryggene, i dype grunnvannsreservoarer og oljereservoarer langt nede i bakken, men også – av alle steder – langt nede i sedimentene og dypt nede i osean- og kontinentalskorpen. Det er også mye som tyder på at vi snakker om betydelig mengder, det finns beregninger som viser at den jorddrevne biosfæren har en like stor biomasse som den soldrevne biosfæren.

Selv om akkurat denne påstanden er forbundet med stor usikkerhet, viser slike beregninger likevel at biomassen i den dype biosfæren er svært stor, og at det derfor er all grunn til å ta den på alvor. Og det er nettopp det som det nye forskningssenteret gjør. Men da må de dra dit hvor de finner data – for eksempel mikroorganismer, makroorgansimer, stein og dampende fluider – på steder der sollyset ikke trenger ned, og faktisk har vi et slikt forskningslaboratorium i vår egen bakgård, innenfor vårt eget territoriale farvann.

Det dreier seg om Norskehavet og den midtatlantiske spredningsryggen som strekker seg fra Island i sør og langt inn i Polhavet i nord.

–        Det er ikke mange land som er så heldige at de har sin egen spredningsrygg å forske på, kommenterer Rolf Birger.

Vi er altså fra naturen side velsignet med en mulighet til å komme den jorddrevne biosfæren til bunns. Gjennom det nye forskningssenteret har vi det instrumentet som er nødvendig for å klare nettopp det.

–        Vi skal ta godt vare på denne enestående sjansen til å få bedre kunnskap om det komplekse samhandlingsmønsteret mellom geosfæren og biosfæren. Vi vil bl.a. utvikle en ny generasjon forskere – geobiovitere – som er i stand til å forstå både geologiske og biologiske prosesser.

På jkt etter hydrotermale felt på over 3000 meters dyp dukket denne nysgjerrige krabaten opp. Den fikk kallenavnet Dumbo, men kan også smykke seg med det latinske navnet Cirrotheuthis muelleri. Dumbo er en blekksprut som lever i arktiske farvann. Dette er visstnok bare den andre gangen at den er blitt fotografert i sitt naturlige miljø.

På jkt etter hydrotermale felt på over 3000 meters dyp dukket denne nysgjerrige krabaten opp. Den fikk kallenavnet Dumbo, men kan også smykke seg med det latinske navnet Cirrotheuthis muelleri. Dumbo er en blekksprut som lever i arktiske farvann. Dette er visstnok bare den andre gangen at den er blitt fotografert i sitt naturlige miljø.

Fokus på oseanene

Osean skorpe dannes når mantelen smelter, og det er her vi finner de aller mest ”primitive” miljøene på Jorden. Samtidig representerer spredningsaksene de yngste miljøene. Her blir litosfæren kontinuerlig kolonisert av biosfæren, og det er her Universitetet i Bergen, i et samarbeid mellom geologer og biologer, har bygget ekspertise gjennom mange år, og derfor er det også naturlige at det er her det primære fokus for integrert forskning mellom disse to fagdisiplinene skal foregå i fremtiden.

–        Vårt fokus ved senteret blir på oseaniske miljøer, påpeker forskningslederen.

–        Den kunnskapen vi har om dyphavene er fremdeles svært mangelfulle. Vi har bare så vidt stukket måleinstrumentene ned i en sfære som dekker nærmere 60 prosent av Jordens overflate. Kontinentalsoklene kjenner vi godt gjennom mange års intens leting etter olje og gass, men i dyphavene har vi foreløpig bare satt noen ytterst få nålestikk gjennom et begrenset antall internasjonale forskningsprogrammer.

Senteret vil ta utgangspunkt i geodynamiske prosesser rundt spredningsryggene.  Spredningen i Nord-Atlanteren går svært sakte, mindre enn 1,5 cm/år, og spredningshastigheten langs Gakkelryggen i Polhavet er den aller sakteste i hele verden. Når spredningshastigheten blir lav, blir det også mindre vulkansk aktivitet. Dermed får vi ikke utviklet en osean skorpe, i stedet kan mantelen komme helt opp til havbunnen.

–        I dette miljøet finns såkalte hydrotermale systemer. Sjøvann invaderer basaltene, synker deretter ned i den oseane skorpen, og blir så drevet tilbake og opp igjen av varmen i mantelen. Noen av disse fluidene kommer tilbake i såkalte ”vents” – ventiler – hvor superkritisk vann med temperatur på opptil 400 grader celsius strømmer ut på havbunnen.

Det hydrotermale kretsløpet – ”skorpekretsløpet” – utgjør i volum antagelig omtrent 1/7 av det hydrologiske kretsløpet vi kjenner fra land. Det er med andre ord betydelige mengder vi snakker om, og forskerne tror at fluksen kontrollerer sammensetningen av sjøvann for mange elementer.

Biologenes rolle

Biologenes rolle er å kartlegge diversiteten og forstå metabolismen til organismene som lever i den dype biosfæren og i de andre ekstreme miljøene som vi undersøker.

–        I senteret blir det omtrent like mange biologer som geovitere. Det er en utfordring å integrere ulike fagområder, og i første omgang er det viktig å skape en kjernegruppe som lærer seg å snakke samme språk, mener Rolf Birger.

Molekylærbiologien utvikler seg raskt og blir stadig mer anvendbar for analyse av geologisk materiale. Diversiteten av mikroorganismer bestemmes ved hjelp av DNA-analyser. Metagenomikk er fagtermen for analyse av miljøprøver ved hjelp av DNA, og datamengden blir så stor at bioinformatikk og kraftige datamaskiner må til for å trekke ut informasjonen.

Likeledes kan livsfunksjonene undersøkes ved å analysere proteiner – såkalt proteomikk. Det brukes også mer tradisjonelle metoder – på lik linje med Louis Pasteur dyrker og isolerers ulike mikroorganismer, men utfordringen er å gjøre dette ved høyt trykk og temperatur. Dette er en ny verden for geovitere. Men så lenge et annet fag bidrar til å fortelle noe om utviklingen og prosessene på Jorden, har geologene alltid vært klar til å integrere. Geofysikk, geokjemi, paleontologi – nå er det mikrobiologiens tur – geomikrobiologi og biogeokjemi.

Det makrobiologiske samfunnet som lever i disse ekstreme miljøene skal også kartlegges i detalj.

–        Kunnskapen vi etablerer her kan vise seg å være nyttig i bioprospektering. Liv i ekstreme miljøer har ekstreme egenskaper og inneholder enzymer som kan anvendes i industrielle prosesser og i medisinen. Svamper har for eksempel enzymer som bremser celledeling. Fra disse og andre organismer kan bioaktive stoffer isoleres for medisinske formål. Hypotermofile mikroorganismer som isoleres fra hydrotermale kilder kan også brukes til industrielle prosesser, blant annet til produksjon av hydrogen fra biomasse.

Integrering av geologiske og biologiske forskningsmiljøer vil avle kandidater med tverrfaglig kompetanse som er ideell for forvalting av naturresurser og utredning av miljøspørsmål. Slik tverrfaglig kunnskap kan og nyttes til løsning av forurensingsproblemer. Bioremediering er ett av stikkordene – bruk av mikroorganismer til opprensing av forurenset jordsmonn og løsmasser.

Integrering av geologiske og biologiske forskningsmiljøer vil avle kandidater med tverrfaglig kompetanse som er ideell for forvalting av naturresurser og utredning av miljøspørsmål. Slik tverrfaglig kunnskap kan og nyttes til løsning av forurensingsproblemer. Bioremediering er ett av stikkordene – bruk av mikroorganismer til opprensing av forurenset jordsmonn og løsmasser.

Grunnforskning – har vi nytte av det?

–        Grunnforskning er hovedaktiviteten ved Senter for geobiologi, og den vil følge grunnforskningens grunnlov: følge spor som gir ny innsikt for – ja nettopp – å skaffe ny grunnleggende kunnskap. Å flytte grenser for fagene er nyttig i seg selv. Det ser en kanskje klarere når en ser tilbake enn når en prøver å forutse hva ny forskning skal føre til – det har vært en fantastisk kunnskaps- og metodeutvikling fra den gang jeg var student Men forskningen ved senteret har og anvendte sider. Bioprospektering er ett av disse. Utforskning av dyphavene og den dype biosfæren resulterer i unike prøver av organismer som lever i ekstreme miljøer, påpeker Rolf Birger.

–        Utforsking av dyphavet gir kunnskap om hittil utilgjengelige og ukjente mineralressurser. Utvinning av disse mineralressursene er riktignok i sin spede barndom, og det er for tidlig å si om det vil være lønnsomt med dagens metallpriser, men de første risikovillige aktørene er i gang.

Kanskje vil det vise seg at dyphavet også er en kilde for geotermiske ressurser. Island utnytter den samme ressursen på land, men kan det være mulig å utvinne disse nesten ubegrensede ressursene fra flyttbare plattformer som omgjør geotermisk energi til hydrogen for bruk i fremtidens hydrogenssamfunn?

–        Fantasier – kanskje det, men et grunnforskningsmiljø har som sagt i oppgave å ligge i front og frembringe kunnskap og ideer som åpner nye perspektiver, avslutter Rolf Birger Pedersen, leder for siste skudd på stammen av våre fem Sentre for Fremragende Forskning innen geovitenskapene.

Dyp Tid

Dyp tid, eller på engelsk – Deep Time – er geologenes svar på ”Deep Space”. Bli med på en reise i dyp tid – høres det spennende ut? Det er like spennende som det er enkelt. Alle med litt geologisk kunnskap kan kombinere et dykk i dyp tid med søndagsturen. Dyp tid er bare et annet utrykk for geologisk tid. Norges varierte geologi byr på rike muligheter til slike tidsreiser. Men, skal en reise til de største tidsdyp, holder det ikke å gå utenfor stuedøren. Da må en til Grønland, Sør Afrika, Canada, Australia, eller Russland – til de eldste lag av Jorden, til bergartskomplekser som ble dannet i arkeisk tid, en tidsreise som bringer oss 3,8 milliarder år tilbake i tid.

I slike komplekser søker en svar på en rekke spørsmål: Hvordan fungerte jordens dynamikk tidlig i Jordens historie? Var platetektoniske prosesser, slik vi kjenner de i dag, kommet i gang? Fantes det mikrobielt liv? I så tilfelle, hvordan ser vi spor etter det, og hvordan utviklet biosfæren seg gjennom jordens urtid? Hvordan var miljøet, temperaturen og sammensetningen av hav og atmosfære? Dette er spørsmål som det hersker uenighet om blant forskerne. Nye analyttiske metoder og store boreprosjekter for å samle inn best mulig prøvematerial fra nøkkelområder vil trolig gi nye svar.

For de rent geologiske problemstillinger representerer detaljerte feltundersøkelser, kombinert med forskjellige analyttiske data, den viktigste informasjon. I de siste årene er det også gjort innledende undersøkelser på de gamle vulkanske bergartsekvenser i Sør-Afrika og Sørvest-Grønland (hhv. ca. 3,5 og 3,8 milliarder år gamle). Arbeidet videreføres for å skaffe ytterligere informasjon om hvordan disse gamle vulkanske sekvensene er bygget opp, hvordan de skiller seg fra moderne havbunnskorpe, og for å skaffe ny kunnskap om urtidens hydrotermale systemer.

Nyere undersøkelser av tidlig liv har delvis vært fokusert på 2 til 3,8 milliarder år gamle submarine vulkanske bergarter (putelava). I disse bergartene har forskerne systematisk søkt etter strukturelle og geokjemiske biosignaler, samt prøvd å bevise deres antikvitet ved radiometriske dateringer. Slike undersøkelser, spesielt de geokjemiske og radiometriske, er vanskelige og krever ny instrumentering. Her er det et stort arbeid å ta fatt på, og med nye analyttiske metoder og ny instrumentering vil vi prøve å identifisere nye biosignaler fra jordens urtid. I tillegg til undersøkelsene av de vulkanske bergartene, vil detaljerte geokjemiske undersøkelser av arkeiske stromatolitter, sedimentære bergarter av antatt biologisk opprinnelse, også bidra til viktig ny kunnskap om biosfærens utvikling gjennom arkeisk tid.

For å undersøke de fysiske betingelsene, som temperatur og sammensetning av jorden urhav og atmosfære, brukes mange av de samme metodene som klimaforskerne benytter for å studere nyere endringer i miljø og klima. Ulike stabilisotopmålinger av blant annet silikarike sedimentære bergarter (chert) gir indikasjoner om temperaturen i urhavet. Slike miljøundersøkelser er nok ikke av interesse for FN’s klimapanel – men de er grunnleggende for å forstå livets opprinnelse og livets utvikling på Jorden.

Det viktigste fra de siste dagene

Demokratiet utfordres

Forventer kraftig prisøkning

Jakter gull i Etiopia


geo365 Nyhetsbrev

* = required field

0 Comments