Jakten på livets opprinnelse
Februar 1977: Forskere i en ubåt på havbunnen må gni seg i øynene. Det finnes da ikke liv her nede?
En reke svømmer fremover, søkende etter varme. Det er midt på dagen, men ingen tegn til sol. Det er kanskje ikke så rart, ettersom den lever på havets bunn i stummende mørke og med vekten av flere tusen meter sjøvann trykkende mot seg.
Bare centimeter unna fosser glovarmt vann fra en 13 meter høy skorstein. Denne skorsteinen er ikke laget av murstein og står ikke på toppen av en fabrikk. Den er laget av utfelte mineraler og står på havets bunn.
Reken prøver å finne steder der det brennhete vannet har blandet seg med iskaldt sjøvann. Her lever også hjelpsomme, men hjelpeløse, mikrober som bistår til dagens middag. I løpet av sitt korte liv har ikke disse stakkars mikrobene tid til å fundere på de store spørsmålene.
Likevel kan de selv være nøkkelen til livets opprinnelse.
Der ingen skulle tru at nokon kunne bu
Oppdagelsen av hydrotermale systemer på havbunnen skjedde utenfor Galápagosøyene i 1977. Systemene er områder der oppvarmet sjøvann sirkulerer under havbunnen.
Siden da har hundrevis av systemer blitt oppdaget. Et av dem, «Lokeslottet», ligger på bunnen av Norskehavet. Her spruter svære skorsteinslignende strukturer enorme menger varmt vann ut i kaldt sjøvann. Vannet er rundt 300 grader celsius.
Nær slike varmekilder finner man utrolig nok et yrende dyreliv. Her rommer næringskjeden alt fra svære ormer og reker til ørsmå bakterier. Men hvordan lever man her nede, uten sollys?
Nøkkelen er mikroorganismenes evne til å bruke kjemiske forbindelser til å lage energi, i en prosess kalt kjemosyntese (kjemo = kjemisk, syntese = å lage). På denne måten skaffer de seg energi fra det varme vannet, slik vi gjør når vi spiser mat.
Disse organismene er små, men hardføre, og de overlever under klodens kanskje tøffeste forhold. Oppdagelsen i 1977 gjorde at historien om livet på Jorden måtte skrives om. Hvis det finnes liv her i dag, kan liv også ha oppstått i lignende varmekilder for milliarder av år siden?
Dette prøver vi nå å finne ut av.
Liv laga
De grunnleggende stoffene som er nødvendig for liv, inkluderer karbon, hydrogen, nitrogen, oksygen, svovel og fosfor. For at liv skal skapes, må disse reagere sammen for å danne det vi kaller aminosyrer. Disse kan igjen danne proteiner. Organiske forbindelser som dette er selve byggeklossene for alt liv.
Forskere er enige om at tilstedeværelsen og samspillet mellom de grunnleggende forbindelsene i vann resulterte i de første livsformene på jorden. Men hvor skjedde det?
Selv om disse stoffene kan ha vært til stede på Jordens overflate for milliarder av år siden, gjorde intens UV-stråling og hyppig meteorbombing at overflaten var svært ubeskyttet. Derfor var ikke dette et ideelt sted for livets opprinnelse.
Derimot er varmekilder på havbunnen isolerte og beskyttet.
Her kan de grunnleggende stoffene produseres og samtidig få tid og ro til å reagere og danne mer komplekse forbindelser, som aminosyrer.
Gjennom flere forskningstokt til en rekke hydrotermale systemer har forskere kunnet bekrefte tilstedeværelsen av slike organiske forbindelser. Utfordringen vi jobber med nå, er å finne ut akkurat hvordan forbindelsene blir til og hva som driver reaksjonene.
Vi kan ikke si mer om livets opprinnelse før vi løser disse mysteriene. Så hva gjør vi for finne ut av det store spørsmålet?
Vanskelig puslespill
Se for deg et stort puslespill der det mangler noen biter. Vi er del av en tverrfaglig laginnsats der forskere over hele verden gjør eksperimenter og analyser for å besvare deler av spørsmålet.
Sakte, men sikkert, samler man altså bitene slik at bildet blir klarere. Ved Universitetet i Bergen (UiB) gjør vi eksperimenter som hjelper oss å vite hvordan organiske forbindelser blir til i hydrotermale systemer. Prosjektet er ledet av Dr. Eoghan Reeves og finansiert av Forskningsrådet.
Det mest utfordrende i dagens komplekse systemer er at flere kilder kan gi opphav til de samme organiske forbindelsene. Med kilde mener vi noe som kan forsyne det sirkulerende varme vannet med organiske forbindelser på dets ferd gjennom havbunnen.
Eksempler på kilder kan være sedimenter som allerede inneholder organisk materiale, biomasse eller reaksjoner mellom uorganiske forbindelser.
Uorganiske forbindelser finnes naturlig i for eksempel steiner og vulkanske gasser. Vi vet nå at uorganiske stoffer, som hydrogen og karbondioksid, kan danne organiske forbindelser under helt spesielle omstendigheter på jorden, for eksempel i et hydrotermalt system.
La oss dykke dypere!
Hvordan bygge et hydrotermalt system
Vi må først gjenskape hydrotermale forhold i vårt laboratorium. Det vil si at vi trenger et instrument som tåler enormt høyt trykk og temperatur.
Vi bruker derfor en spesiell metallpose som håndterer mer enn 300 grader celsius og 300 bar med trykk. Rundt posen har vi en trykkbeholder som gjør oss i stand til kontrollere temperatur og trykk på en trygg måte.
Metallposen fylles opp med væske og den kilden vi ønsker å se nærmere på, for eksempel sjøvann og sedimenter. På den måten kan vi se på én kilde isolert, i stedet for de kaotiske systemene vi har på havbunnen.
Når sjøvannet og sedimentene varmes opp, vil de reagere. Sedimentene gir fra seg forbindelser som løser seg opp i sjøvannet, litt som når man putter en tepose i varmt vann.
Deretter kan vi jevnlig ta ut litt av vannet og måle de organiske forbindelsene med en rekke spesialiserte maskiner.
Ved å gjøre slike forenklinger på laben og sammenligne med naturlige systemer, kan vi altså sette sammen et bilde av hva som egentlig skjer med de livsviktige organiske forbindelsene.
Kunnskap om organiske forbindelser som dannes i hydrotermale systemer, er svært viktig for å forstå historien om livet på jorden. Men det gjør oss også bedre rustet til å undersøke mulig liv på andre planeter og måner i solsystemet vårt.
For eksempel har Enceladus, en av Saturns måner, beviselig hydrotermale systemer!
Hvis det finnes liv i hydrotermale systemer på jorden, kan det også finnes liv på andre planeter eller måner under lignende forhold?
Dette har lenge vært «umulige» spørsmål. Men med små skritt går det faktisk fremover.
Thomas Øfstegaard Viflot er doktorgradsstipendiat ved Universitetet i Bergen.
Samuel Pereira er doktorgradsstipendiat ved Universitetet i Bergen.
