De overlever kogepunktet, syrer og stråling – og de kan ændre vores syn på livet i universet
De koger i varmt vand, modstår syrer og klarer intens stråling. Forskere er overbeviste om, at netop disse mikroorganismer kan give os afgørende ledetråde til at finde liv uden for vores egen planet.
Disse tilsyneladende ubetydelige organismer fra Jordens mest ubarmhjertige hjørner er i dag blevet stjerner i laboratorier, industri, miljøbeskyttelse og rumforskning. Nye analyser viser, at det vil være næsten umuligt at forstå, hvordan levende materiale kunne se ud på Mars eller på de isfyldte måner omkring de store gasplaneter – uden at tage disse væsener med i beregningen.
Hvad er egentlig en ekstremofil?
Forskere kalder dem ekstremofiler. Det drejer sig om bakterier og andre mikroorganismer, der ikke blot tåler ekstreme forhold, men ligefrem er afhængige af dem: ekstremt høje eller lave temperaturer, enormt tryk, kraftig saltholdighed, stærke syrer eller intens stråling. Man finder dem på steder, som de fleste mennesker ville betragte som fuldstændig livløse – ved hydrotermale skorstene på havbunden, i varme kilder, i permafrost, i dybe miner og endda i klipper ved polerne. Og alligevel trives den lokale “mikrofauna” overraskende godt under sådanne forhold.
Hemmeligheden bag deres succes er specialiserede molekyler – blandt andet såkaldte ekstremozymer. Det er enzymer, der fungerer der, hvor almindelige proteiner for længst ville være brudt ned. De opretholder deres stabilitet ved temperaturer tæt på kogepunktet, i stærkt basiske opløsninger eller under voldsomt tryk. Disse organismer demonstrerer, at livets grænser på Jorden befinder sig langt længere ude, end man antog for blot nogle årtier siden – og det er præcis det, der fascinerer astrobiologerne.
Fra PCR-tests til vask ved lav temperatur
Ekstremofiler lyder måske som en kuriøsitet fra en biologibog, men i praksis tjener de allerede industrien og medicinen. Den velkendte PCR-test, som trådte ind i hverdagssproget under pandemien, anvender et enzym fra en bakterie, der stammer fra varme kilder i Yellowstone. Havde man brugt et “almindeligt” enzym, ville den høje reaktionstemperatur have ødelagt det på stedet.
Eksemplerne er mange. Enzymer isoleret fra ekstremofiler bruges blandt andet i:
- vaskepulver og kapsler, så de virker effektivt i koldt vand
- processer til omdannelse af landbrugsaffald til biobrændstoffer
- anlæg til rensning af jord og vand for tungmetaller
- fødevareproduktion, hvor enzymer skal forblive aktive under krævende fabrikationsforhold
- bioteknologiske processer med behov for ekstremt pH eller temperatur
- den farmaceutiske industris syntese af aktive stoffer
Inden for miljøbeskyttelse kan disse mikrober yde endnu mere: de nedbryder giftige forbindelser, binder tungmetaller og kan sommetider ligefrem “åbne op” for forurenede arealer, så planter atter kan gro. Det er en naturlig form for bioremediering, som laboratorier arbejder på at forbedre og udbygge.
Genetisk ingeniørkunst åbner nye muligheder
At studere organismer tilpasset havbunden eller kogende vand er en logistisk mareridt. At efterligne sådanne forhold i et laboratorium er dyrt og teknisk meget krævende. Forskerhold, der er beskrevet i arbejder fra tidsskriftet Frontiers in Microbiology, har derfor valgt en anden tilgang: de benytter sig af syntetisk biologi og computersimuleringer.
Forskerne opbygger såkaldte metaboliske helgenomsmodeller – digitale tvillinger af celler, hvor man kan teste, hvordan en enkelt genændring påvirker hele organismens funktion. På det grundlag designer de DNA-modifikationer, og redigeringsværktøjer som CRISPR gør det muligt at indføre dem i virkelige mikroorganismer.
Kombinationen af kunstig intelligens, metabolisk modellering og præcis genredigering forvandler ekstremofiler til mikrofabrikker, der er skræddersyet til specifikke opgaver. Sådanne tilpassede mikrober kan producere biobrændstoffer, farmaceutiske stoffer, industrielle enzymer eller biologisk nedbrydelige materialer. Forskerne understreger, at denne fremgangsmåde samtidig kan reducere både omkostningerne ved industrielle processer og deres udledninger, fordi reaktionerne foregår under mildere betingelser med lavere energi- og kemikalieforbrug.
Hvorfor ekstremofiler interesserer Mars-rovere
Den mest spændende del af de nye analyser handler om rummet. Når der på Jorden eksisterer bakterier, der overlever ekstreme betingelser, øges sandsynligheden for, at en eller anden form for liv kan klare sig på andre planeter og måner. Astrobiologer bruger Jordens ekstreme miljøer som et slags øvelsesterræn.
Varme kilder, saltvandssjøer, isdækket ørken og dybe grotter simulerer de forhold, man kan forvente på Mars, på månen Europa eller på Enceladus. De kameraer, boreudstyr og sensorer, vi sender ud i rummet, designes i dag med tanke på, hvilke subtile signaler organismer svarende til ekstremofiler kan efterlade sig.
Hvis en celle på Jorden effektivt kan beskytte sit genetiske materiale mod frost, stråling og lysmangel, kan en analog biologi måske fungere under isdækket på fjerne måner. Forskere hos NASA og den Europæiske Rumfartsorganisation tester derfor systematisk detektorer til organiske molekyler under forhold, der minder om Mars’ overflade eller de underjordiske oceaner på Europa.
Hvad der søges efter på Mars og de isfyldte måner
Data fra ekstremofil-forskning er med til at definere såkaldte biosignaturer – spor efter aktivitet fra levende organismer. Det kan være specifikke kemiske forbindelser, ændringer i klippestrukturen, karakteristiske isotoprater eller usædvanlige ophobninger af bestemte grundstoffer.
Takket være dette søger rummissioner ikke efter “liv” i al almindelighed, men retter sig mod konkrete kendetegn, for eksempel:
- tilstedeværelse af organiske forbindelser, der er stabile ved lav temperatur
- mineralmønstre forbundet med tidligere mikroorganismeaktivitet
- ellers uforklarlige forskelle i kulstof- eller svovlisotoprater
- spor af tidligere hydrotermale systemer, hvor liv på Jorden trives særligt godt
- specifikke lipider eller aminosyrer typiske for ekstremofiler
- geologiske formationer, der minder om stromatoiitter fra jordiske varme kilder
Mikrober fra Jordens ekstremer giver desuden pejlemærker for, hvor det er mest værdifuldt at lande med fremtidige missioner. Hvis en bestemt type bakterie fungerer særlig godt i saltholdigt is, bliver lignende isforekomster på Mars en prioritet for videnskaberne. Universiteter i Californien og München tester allerede i dag detektionsudstyr netop på baggrund af disse erkendelser.
Kan vi bevidst sende liv til andre planeter?
Den voksende viden om ekstremofiler åbner et følsomt spørgsmål: at sende mikroorganismer bevidst ud i rummet for at “teste” deres overlevelseschancer. En del forskere ser det som risikabelt, fordi det truer fremmede miljøer med kontaminering fra jordiske livsformer. Andre foreslår, at kontrollerede eksperimenter i lukkede orbitale moduler kan afdække meget uden den slags fare.
Hertil kommer et andet problem: hvordan sikrer man sig, at eventuelle livsspor på Mars virkelig stammer derfra og ikke er kommet med vores egne raketter? Også her er kendskabet til ekstremofiler en hjælp. Jo bedre vi forstår, hvilke arter der i hvilken form kan overleve en rumrejse, desto mere effektivt kan vi sterilisere udstyret og skelne kontaminering fra en ægte fremmed organisme. Japanske forskere offentliggjorde for nylig en undersøgelse, der beskriver bakterien Deinococcus radiodurans, som overlevede tre år på ydersiden af Den Internationale Rumstation.
Hvordan påvirker denne forskning din hverdag?
Selv om emnet lyder som science fiction, mærker du konsekvenserne på meget jordnære måder. Enzymer fra ekstremofiler gør det muligt at vaske ved lavere temperaturer, hvilket reducerer elregningen. Biobrændstoffer fra affald kan mindske økonomiens afhængighed af olie. Et “mikro-eldorado” i form af tungmetalbindende bakterier fremskynder oprydningen af forurenede industrigrunde.
Samtidig giver en dybere forståelse af livets grænser os mulighed for at betragte vores egen planet med nye øjne. Jorden er ikke en steril kugle med et tyndt lag liv på overfladen, men et aktivt system, hvor mikroorganismer trænger ind i praktisk talt alle zoner – fra iskernernes indre til dybe revner i klipper. Et universitet i Colorado opdagede for nylig bakterier, der lever tre kilometer under overfladen i granit.
For mange kan begreber som astrobiologi eller syntetisk biologi lyde fjerne. Men i praksis arbejder de forskere, der lærer af mikroorganismer fra ekstreme miljøer, samtidig på billigere energi, renere vand, mere effektive lægemidler og bedre planer for at søge efter liv uden for vores planet. Denne tilsyneladende ubetydelige bakterielle “elite” fra varme kilder og isdækkede ørkener er blevet et af nutidens mest værdifulde videnskabelige redskaber – den forbinder laboratorium, industri og rumforskning i ét stadig mere sammenhængende billede. Måske er det netop takket være dem, vi snart finder ud af, om vi virkelig er alene i universet.
