Vi vet naturligtvis att liv finns på minst en planet i universum, på vår egen jord, men osäkerheten om huruvida det finns liv på andra planeter är mycket stor. Det ojämförligt bästa sättet att undersöka om liv förekommer på en planet är att åka dit och leta efter tecken på liv. Emellertid är våra möjligheter att åka till andra planeter mycket begränsade för närvarande, särskilt med, men också utan besättning. Vi är därför hänvisade till att undersöka information som kommer till jorden från rymden, bl. a. innehållet i meteoriter och till att genom vår kunskap om livet på jorden tolka möjligheterna för liv på andra himlakroppar. I en första anblick kan det tyckas uppenbart vad vi skall söka efter, växer och djur tycker många, inklusive Star Trek redaktionen. Men det är inte riktigt sant. Liv har funnits på vår jord i snart 4 000 miljoner år, men högre växter och djur har bara funnits på jorden några hundra miljoner år. Stösta delen av livets tid på vår planet har det funnits i encelliga, mestadels osynliga organismer.

I de flesta resonemang om möjligheten för liv på andra planeter kommer man inte förbi frågan om hur liv uppstår. De grundläggande villkoren för liv på en planet måste vara uppfyllda annars kan liv inte finnas. Vilka är då dessa grundläggande villkor och hur uppstår liv? Allt liv behöver vatten för att fungera. Antingen bär livet med sig vatten (som t.ex. djur gör) eller så lever det nedsänkt i vatten. Vidare finns det ett temperaturintervall inom vilket livet som vi känner det kan existera. På jorden finns det organismer som lever vid alla temperaturer mellan -20 °C och +113 °C. Slutligen måste livsprocesserna ha tillgång till energi för att fungera. Denna energi kan tas ur organiska molekyler av olika slag. Människor, djur och många mikrober utvinner energi för sina livsprocesser ur de organiska föreningar de äter. Växterna och vissa bakterier utnyttjar energin i ljus. Dessutom finns det många mikrober som kan utnyttja energin som finns bunden i vätgas, sulfider, vissa former av järn (Fe2+) och i flera andra oorganiska ämnen. Liv borde således kunna uppstå och existera på alla planeter som har vatten, en temperatur -20 °C och +113 °C och där det finns tillgång på energi i någon eller flera av formerna ljus, organiska eller oorganiska föreningar.

Trots att liv finns överallt runt omkring oss vet vi förvånansvärt lite om hur det har uppstått. Det har dock inte hindrat människor från att i alla tider ha mer eller mindre bestämda uppfattningar om hur det gick till när livet först uppkom. Den som vill fördjupa sig lite mer i idéer om livets uppkomst kan läsa en nyskriven artikel i Nationalencyklopedins supplement under uppslagsordet liv, livets ursprung. Det är viktigt att förstå att livet inte nödvändigtvis behövde en organisk soppa för att uppstå. Det finns idag väl underbyggda teorier som förespråkar ett ursprung i en varm miljö där reaktioner mellan energirika, oorganiska föreningar, koldioxid och mineraler under högt tryck ingick i de första momenten av livets uppkomst, kanske djupt nere under jordskorpan.

Vår jord är förmodligen mycket speciell och ovanlig när det gäller förhållandena på ytan. Där finns massor med vatten, ljuset flödar in, och temperaturen är mycket angenäm på de flesta platser. Livet har funnit sig väl tillrätta på jordytan. Men finns det bara där? Nej, under 1990-talet kom många vetenskapliga rapporter som visade att liv funnit sig tillrätta på stort djup, åtskilliga kilometer, ned i underjorden och djupt under oceanernas bottnar. Vårt skandinaviska urberg är inget undantag. I grundvattenförande sprickor på stort djup finner vi massor med mikroorganismer som tycks leva ett långsamt, men bekymmerslöst liv (Bild 2). Om liv finns i underjorden på vår planet kan det ju också finnas i underjorden på andra planeter, även om ytan är ogästvänlig och inte erbjuder livet möjlighet att existera.


Bild 2. Med hjälp av mikroskop kan vi se in i mikrokosmos, och bilderna som framträder är inte helt olika de vi får när vi ser ut i universum. Men vi ser mikrober lysa istället för stjärnor. Med hjälp av en färgningsmetod kan mikrober göras synliga i mikroskop, studeras och räknas. De färgas med ett ämne som fluorescerar orange i blått påfallande ljus. Mikroberna på bilderna är cirka en tusendels millimeter långa. Mikroberna på bilderna växer på glasytor som suttit sex månader i sakta rinnande grundvatten från 1240 m djup under Stripa gruva i Bergslagen.




Livet i underjorden

När det nu är fastställt att mikrober varaktigt lever djupt nere i underjorden, så är nästa frågor givna: Hur kom de dit och hur fördriver de dagarna? Den första frågan kan man bara ha en generell teori om. Många frågar mig hur livet tog sig från jordytan till underjorden, men det kan ju faktiskt vara tvärt om. Livet kan ha uppstått i underjorden och så småningom tagit sig upp på jordytan, funnit miljön dräglig och därför koloniserat haven och undan för undan också kontinenterna. Den andra frågan är lättare att besvara eftersom vi kan göra experiment vars resultat kan ge oss svar. Miljön i underjorden är väldigt stabil, med våra mått mätt. Där är det alltid mörker, inga dagar och nätter, inga årstider, en jämn temperatur och små eller mycket små svängningar i den kemiska miljön. I mycket långa, geologiska tidsperspektiv sker förändringar, men i ett mänskligt tidsperspektiv händer det inte så mycket. En tankeväckande frågeställning är om mikroberna i underjorden anpassat sig till den befintliga geokemiska miljön, eller om de aktivt hjälper de till att upprätthålla stabila miljöförhållanden? Livet ovan jord har ju på många olika vis förändrat sin egen livsmiljö, syret i atmosfären är nog det mest uppenbara exemplet. Nästan allt fritt syre kommer från växternas fotosyntes. Kan mikroberna i berget också förändra sin miljö? Svaret är förmodligen ja, men mycket mer forskning behövs innan sambanden är klarlagda.

I försök med mikrober från djupa akviferer under Bergslagen och småländska kustlandet har vi funnit att de omsätter olika kolföreningar. Experimenten utnyttjar radioaktivt inmärkta substanser vilkas förändringar enkelt kan följas med hög känslighet. Resultaten visar att mikroberna i underjorden tycker om mjölksyra och ättiksyra och att en del har förmåga att ta upp koldioxid och bilda komplexa organiska föreningar. När mikroberna omsätter dessa ämnen bildar de också bland annat koldioxid, sulfid, löst järn, metan och ättiksyra. Sådana föreningar har olika inverkan på grundvattnets kemi. Till exempel så är sulfid reaktivt och det kan bilda olika typer av mineraler på akviferernas väggar. Koldioxiden har inverkan på vattnets surhetsgrad och buffertkapacitet och ättiksyran från acetogenerna kan tjäna som näring åt andra mikrober, det kan bildas kretslopp. Dessa ämnen tillhör en intressant grupp att leta efter på andra planeter om man kombinerar med analyser av olika stabila isotoper. Liv har förmåga att påverka förhållanden mellan olika stabila isotoper och lämnar därför spår efter sig i de molekyler som passerat en metabolisk livsprocess. Även om livet lämnat platsen för länge sedan finns spåren kvar. Denna teknik har därför också utnyttjas vid analys av meteoriter och annat material från rymden.

Alla kretslopp behöver en energikälla för att kunna drivas vidare. Därför är en mycket central frågeställning, kanske den allra viktigaste frågan, den om var ifrån mikroberna i underjorden får sin energi. Ett grundvatten på 500 meters djup i skandinaviskt urberg kan vara ända upp till 10 000 år gammalt i den meningen att det var så länge sedan det lämnade jordytan. Den organiska energi som följde med grundvattnet från ytan kan omöjligt räcka för ett aktivt mikrobiellt liv i 10 000 år. Var kommer då energin ifrån? Finns det underjordisk biosfär som klarar sig utan solenergi? Två spännande mikrobgrupper är acetogener och metanogener eftersom de kan använda vätgas som energikälla och med hjälp av denna binda koldioxid till organiska föreningar. Restprodukterna utgörs av metan och ättiksyra. När vi analyserar efter vätgas i djupa grundvatten hitar vi nästan alltid gasen i relativt höga koncentrationer (mikromolar). Eftersom alla andra komponenter en mikrob behöver för att växa finns i grundvatten, så blir det möjligt för mikroberna att leva med vätgas istället för solen som energikälla. Det innebär att vår planet kan ha två biosfärer, en som drivs av solen och en som drivs av moder jord själv. Bild 3 illustrerar schematiskt centrala processer i en underjordisk biosfär. Vår forskning har visat att alla komponenter i bild 3 finns i djupa skandinaviska grundvatten. Den enda nödvändiga förnyelsebara komponenten är vätgas, de övrig kan ingå i ett slutet kretslopp. Vår pågående forskningsverksamhet är inriktad på att mäta vid vilka hastigheter de olika processerna i bild 3 sker. Det är långsamma processer om man jämför med mikrobiella processer på jordytan, men vem har bråttom i underjordens stabila miljö - förmodligen bara forskaren, knappast mikroberna?


Bild 3. Den djupa, bisfären kan illustreras med sin kolcykel. Vid en temperatur som inte överstiger 113 °C och vid tillgång på vatten kan de underjordiska mikroberna leva i en livscykel som är oberoende av de soldrivna ekosystemen på jordens yta. Istället drivs kretsloppet av energin vätgas som kommer från vår planets mantel, eller från ännu större djup. Kanske snurrar detta kretslopp i djupet av andra himlakroppar i universum?



Var skall vi leta?

Upptäckten av en underjordisk biosfär har fått avgörande betydelse för sökandet efter liv på andra planeter och för nya teorierna om platsen för livets ursprung. Det är inte längre nödvändigt att begränsa teorier om hur livet uppkom till jordens yta. Där uppe måste strålning, meteoritnedslag, uttorkning och vulkanutbrott ha inneburet stora svårigheter för ett bräckligt, nyfött liv. I underjordens varma, skyddade miljö fanns inget av dessa hot. Där var miljön stabil och erbjöd goda möjligheter för uppkomst av liv. På samma sätt bör det inre av åtskilliga planeter också erbjuda möjligheter för liv att uppstå, bara det finns vatten och energi. Frågan om det verkligen uppstått liv på andra planeter intresserar för närvarande åtskilliga forskare och man har både i Europa och USA startat så kallade ”astrobiologiska” forskningsprogram kring frågeställningen. Det lär dock dröja till efter 2010 innan den första rymdsonden återvänder med material från Mars, och mycket längre tid kommer det att ta för att transportera material eller data från de månar kring gasjättarna Jupiter och Saturnus som vi tror har fritt vatten. Då kanske, kanske vi får veta att vi på jorden inte är det enda livet i solsystemet.