Bakterier er overalt omkring os-og det er okay

Victoria Orphan har elsket havet så længe hun kan huske. Hun plejede at snorkle i Stillehavet nær sin families hjem i San Diego, Californien. Hun ville få fat i sin maske og snorkelrør for at besøge den skjulte verden af planter og dyr under havets overflade. Orphan gik på college ved University of California, Santa Barbara i begyndelsen af 1990 ‘ erne. der opdagede hun noget, der ændrede den måde, hun tænkte på oceanerne — og livet på jorden.

en anden studerende viste hende et lille hætteglas med havvand. Orphan syntes ikke, det så så interessant ud. Det var bare almindeligt gammelt vand. Derefter tilføjede den anden studerende et fluorescerende kemikalie til vandet og skinnede ultraviolet lys på det. Røret lyste op, da millioner af små bakterier begyndte at gløde. Bare øjeblikke tidligere havde mikroberne været usynlige. “Disse små organismer var overalt,” siger Orphan, ” og alligevel kunne vi ikke se dem. Vi vidste næsten intet om dem.”

hun bruger nu sine dage på at udforske denne skjulte encellede verden. Som geobiolog ved Caltech i Pasadena, Californien., hun studerer, hvordan bakterier og andet mikroskopisk liv former dybhavet.

bakterier spiller centrale roller i mange økosystemer. Disse omfatter havene, jorden og atmosfæren. De er også en stor del af det globale fødevarenetværk. Bakterier gør det muligt for alt andet liv på jorden at eksistere. Derfor siger forskere, at disse encellede organismer er den usynlige rygrad i alt liv — i det mindste på jorden.

men der er masser, vi ikke ved om dem. Forskere mener, at de har identificeret færre end en procent af alle bakteriearter. Det har drevet Orphan og andre til at udforske mysterierne i deres encellede verden. De har mistanke om, at bakterier vil vise sig at være nøglen til at forstå — og beskytte — jordens vigtigste naturressourcer.

metanspisere

nogle bakterier spiser virkelig underlige ting. Forskere har fundet bakterier, der spiser sten, spildevand — selv atomaffald. Orphan studerer en type bakterier, der lever på havbunden og spiser metan.

metan er en drivhusgas. Ligesom kulsyre og nogle andre drivhusgasser kommer det ind i luften, når folk brænder olie, gas og kul. Der er også naturlige kilder til metan, såsom naturgas, risproduktion og ko-gødning. Drivhusgasser fanger varme i atmosfæren. Et overskud af disse gasser i Jordens atmosfære har opvarmet det globale klima.

metan kan sive ud af jorden på havbunden. Nogle forskere siger, at endnu mere metan ville flygte ud i atmosfæren, hvis det ikke var for marine bakterier. Visse af disse bakterier spiser på metan. Det gør det muligt for oceanerne at fange en enorm mængde gas. “Disse mikroorganismer er portvagterne. De forhindrer havmetan i at komme ind i atmosfæren, hvor det kan ændre drivhusgasniveauer,” forklarer Orphan.

at finde encellede organismer på den store havbund kan være en udfordring. Gennem vinduet på en ubåd ser hun efter klynger af muslinger og kæmpe rørorm. Disse organismer signalerer, at usynlige marine bakterier også bor der. Uanset hvor disse metan-spisere lever, skaber de nye molekyler, når de spiser. Andre organismer bruger disse nye molekyler som mad. En hel madbane springer op på havbunden.Orphan og hendes team har fundet metanspisende bakterier langs revner på havbunden, hvor denne gas siver ud. Disse revner sker ofte, hvor to tektoniske plader støder ind i hinanden.

nogle bakterier, de lærte, kan kun spise metan ved at samarbejde med andre encellede organismer kaldet archaea (Ar-KEE-uh). Denne vigtige detalje kan hjælpe forskere med bedre at forudsige, hvor meget metan der slipper ud i luften, siger Orphan.

i skyttegravene

Metanædere er ikke de eneste dybhavsbakterier, der interesserer forskere. “Dybhavet er hjemsted for nogle ret seje mikrober,” siger Jennifer Biddle. Hun er marinemikrobiolog ved University of Southern Africa. Biddle studerer bakterier, der lever i dybe havgrave.

disse undervands kløfter er nogle af de mindst studerede steder på jorden. De er utroligt svære at nå. Challenger Deep vinder rekorden for det dybeste kendte sted på planeten. I bunden af Mariana Trench, i det vestlige Stillehav, ligger Challenger Deep omkring 11 kilometer (mere end 7 miles) under havoverfladen. Hvis Mount Everest, verdens højeste bjerg, sad i Mariana Trench, ville toppen stadig være mere end en kilometer under bølgerne.

Mariana Trench er et af de hårdeste steder for livet at overleve. Nul sollys når det. Dens temperaturer er kølige. Store dyr, såsom hvaler eller fisk, kan ikke besøge, fordi det intense pres der ville knuse dem. Lidt overraskelse, derefter, at de fleste af de lokale er mikroskopiske. De har tilpasset sine ekstreme forhold.Biddle og andre forskere gik sammen med dybhavsforskere for at sende en ubåd til Challenger Deep. James Cameron styrede skibet. (Han er filminstruktør berømt for Avatar og Titanic.) Cameron besøgte bunden af Challenger Deep I marts 2012, mens han lavede en dokumentar kaldet Deepsea Challenge 3D. men sub ‘ s trek var ikke bare for at få fascinerende video til storskærmen. Skibet bragte også sediment tilbage fra bunden af grøften.

Biddle og de andre forskere screenede det sediment for DNA. De spejdede efter gener af kendte bakterier. De viste tegn på nogle kendt som Parcubacteria.

forskere vidste ikke engang, at denne store gruppe bakterier eksisterede indtil 2011. Dengang, de fandt nogle i grundvand og snavs fra et par steder på land. Men Biddles gruppe viste nu, at den også overlever i en af de mest utilgængelige dybder i havet.

Her på grøftegulvet åndede mikroberne nitrogen, ikke ilt (som de gjorde på land). Og det giver mening. De havde tilpasset sig kvælstof, da deres hjem havde ringe adgang til ilt.

jo flere steder vi finder sådanne lidt kendte bakterier, siger Biddle, jo mere kan vi lære om, hvad de gør for deres økosystemer.

historien fortsætter under video.

fra brød til biobrændstoffer

selv bakterierne i vores køkkener og kompostbunker interesserer forskere.

surdejsbrød får sin unikke tærtsmag, når en blanding af bakterier gnasker på sukkeret i brødmel. Disse bakterier gør kulsyre, syrer og andre flavorful forbindelser. Men for at fungere har surdejbakterier brug for deres venner. Isoler kun en bakterieart fra blandingen, og den kemiske reaktion vil ikke ske. Ingen surdej.mikrobiolog Steve Singer bor i nærheden af San Francisco, en by i Californien, der er berømt for surdejsbrød. Han arbejder for Energiministeriet ved Berkeley National Laboratory. Og han mistænkte, at han kunne bruge lektionerne fra surdej til at fremstille bedre biobrændstoffer. Disse plantebaserede brændstoffer kan drive biler eller lastbiler. De betragtes som “grønne”, hvilket betyder mere jordvenlige end fossile brændstoffer.

for at fremstille biobrændstoffer skal forskere nedbryde planter til sukkerarter. Disse sukkerarter kan derefter omdannes til brændstoffer såsom ethanol (en type alkohol). De kemiske reaktioner, der nedbryder planterne, kræver hjælp. Dette er molekyler, der starter eller fremskynder kemiske reaktioner.de stoffer, der anvendes til fremstilling af biobrændstoffer, er dyre. De fungerer heller ikke godt, siger Singer. Det er grunden til, at forskere over hele verden søger efter stoffer, der kan sænke omkostningerne og fremskynde produktionen af biobrændstoffer.

han vendte sin søgning efter dem til kompostbunken. Der var bakteriesamfund hårdt på arbejde med at nedbryde rådnende frugter og grøntsager.Singer tog en lille prøve af komposten tilbage til sit laboratorium. Der lod han bakterier fra komposten vokse i et bægerglas. Senere indsamlede han bakterier, som disse bakterier lavede, og testede dem på andre plantebits. Det fungerede: planterne brød ned i sukkerarter.ligesom surdejsbakterierne har brug for deres venner til at fungere, opdagede Singer, at disse mikrober kun producerede de nyttige bakterier, da de var en del af robuste samfund af forskellige kompostbakterier. Singer opskalerer nu sit projekt. Hans team vokser bakterier i store beholdere kaldet bioreaktorer. Efter at han har lavet mange af de nye, kan han teste, om de fungerer bedre end eksisterende til at omdanne planteaffald til brændstoffer.

“at tage noget fra miljøet og forsøge at finde ud af, hvordan det virker, er en af de bedste dele af at være mikrobiolog,” siger Singer.

Meta microbes

Singer studerer sine nye bakterier uden at vide, hvilke bakterier der gør dem. Dette er ikke så usædvanligt. Bakterier er usynlige for det blotte øje. Selv med et mikroskop kan det være svært at fortælle to arter fra hinanden. De ser ikke så forskellige ud som måske to fuglearter eller blomster.

forskere havde brug for en anden måde at fortælle bakterier fra hinanden og vide, hvornår de har snuble over nye. Nøglen til denne sleuthing: DNA.

alle organismer kaster lidt DNA i hele deres miljø. “Det er som et fingeraftryk. Hver er unik, ” forklarer Kelly Ramires. Hun studerer bakterier ved Det Hollandske Institut for økologi.

vatpinde din køkkenbord, og du kan finde menneskeligt DNA (fra dig og dine forældre). Der kan være noget plante-DNA (fra de grøntsager, du lige har skåret op) og fra en svamp eller to. Der kan endda være noget hund eller kat DNA, hvis du har et kæledyr. Du får også en masse bakterielt DNA, fordi bakterier a overalt!

alle de afstødte genetiske bits er kendt som miljø-DNA eller eDNA.

forskere kan bruge disse genetiske fingeraftryk til at opdage nye bakterier. De skal bare medbringe lidt snavs eller havvand eller kompost til et laboratorium og tjekke, hvad der er i det.

summen af alt det genetiske materiale i et miljø kaldes metagenomet (MET-uh-GEE-noam). Tænk på det som en DNA-suppe. Alle molekyler, der bruges til at opbygge gener fra forskellige organismer, blandes sammen.

forskere bruger computere til at fjerne rodet.

som en sigte filtrerer computerprogrammer suppen. De ser efter velkendte mønstre kendt som genetiske sekvenser. De danner en organismes DNA-fingeraftryk. Hvis forskere finder et fingeraftryk, de ikke genkender, kan det skyldes, at det er fra nogle nye arter.

forskere kan sammenligne disse mønstre med fingeraftryk fra velkendte bakterier for at se, hvor de nye bakterier falder inden for livets træ. “Vi kan nu opdage nye mikrober uden nogensinde at se dem,” forklarer Biddle.

den bakterielle lem af livets træ spirer nye skud og grene hurtigere end på noget tidspunkt i historien. For tredive år siden passer alle kendte encellede organismer på planeten ind i et dusin større grupper. Nu er der omkring 120 kendte grupper, eller phyla (FY-lah). Og antallet af navngivne bakterier i hver gruppe vokser dagligt.

lille liv, store data

hvad får du, når du tilføjer DNA-sekvenserne af millioner af nye bakterier? Masser af data.

Du kan tænke på planeten som en maskine og alle økosystemer på jorden som maskinens dele, siger Jack Gilbert. Alle disse data om bakterielt DNA er nøglen til at” forstå de dele, der udgør maskinen, og hvordan de alle arbejder sammen, ” siger han. Gilbert er mikrobiolog ved Argonne National Laboratory nær Chicago, syg.

hans team forsøger at organisere disse data i et virtuelt katalog over alle bakterier på jorden. Det hedder Earth Microbiome Project. Mere end 1.000 forskere rundt om i verden hjælper med at indsamle prøver. De kigger i et væld af forskellige miljøer, derefter teste dem for bakteriel DNA.

indtil videre har forskerne samlet 100.000 prøver. De har katalogiseret bakterier fra det dybeste hav. De har fundet bakterier på Den Internationale Rumstation, omkring 350 kilometer (220 miles) over jorden. De har opdaget bakterier på eksotiske steder som regnskoven og almindelige steder som offentlige toiletter.

at opdage, hvilke bakterier der lurer der — og hvorfor — er det første skridt til at forstå, hvordan forskellige økosystemer driver den enorme maskine, vi tænker på som liv på jorden. At lære om bakterier kan hjælpe os med at besvare spørgsmål om, hvordan vores planet fungerer, siger Gilbert. Bakterier kan forklare, hvorfor koralrev i havet vrimler med liv. Eller de kunne forklare, hvorfor jordbunden i den nordamerikanske prærie er så god til plantning af afgrøder.

derfor er denne søgning så vigtig, siger han: “dette er viden, der kan hjælpe os med at passe bedre på planeten.”