Ett internationellt team av forskare under ledning av Queen Mary University of London har upptäckt att mikroorganismer begravda i sediment under havsbotten kan överleva på mindre energi än vad som tidigare var känt för att stödja liv. Studien har implikationer för att förstå gränsen för liv på jorden och potentialen för liv på andra håll.

Studien, publiceras i tidskriften Vetenskapens framsteg , använder data från havsbotten för att konstruera innovativa modeller som delar upp haven i hundratusentals enskilda nätceller. En global bild av biosfären under havsbotten sammanställdes sedan, inklusive nyckellivsformer och biogeokemiska processer.

Genom att kombinera data om fördelningen och mängderna av kol och mikrobiellt liv i jordens djupa biosfär med hastigheten för biologiska och kemiska reaktioner, forskarna kunde bestämma "energiförbrukningen" för enskilda mikrobiella celler – med andra ord – den hastighet med vilken de använder energi. Allt liv på jorden använder ständigt energi för att förbli aktivt, upprätthålla ämnesomsättningen, och utföra viktiga funktioner som tillväxt, och reparation och utbyte av biomolekyler.

Resultaten visar att mikrober under havsbotten överlever med mycket mindre energi än vad som någonsin tidigare har visat sig stödja någon form av liv på jorden. Genom att sträcka ut de beboeliga gränserna för livet till att omfatta miljöer med lägre energi, resultaten kan informera framtida studier om var, när och hur liv uppstod på en fientlig tidig jord, och där livet kan finnas någon annanstans i solsystemet.

Dr James Bradley, Föreläsare i miljövetenskap vid Queen Mary sa:"När vi tänker på livets natur på jorden, vi tenderar att tänka på växterna, djur, mikroskopiska alger, och bakterier som trivs på jordens yta och i dess hav - ständigt aktiva, växa och fortplanta sig. Men här visar vi att en hel biosfär av mikroorganismer – lika många celler som finns i alla jordens jordar eller hav, har knappt tillräckligt med energi för att överleva. Många av dem existerar helt enkelt i ett mestadels inaktivt tillstånd – växer inte, inte dela, och inte utvecklas. Dessa mikrober använder mindre energi än vi tidigare trodde var möjligt för att stödja liv på jorden.

"Den genomsnittliga människan använder cirka 100 watt effekt - vilket innebär att de bränner cirka 100 joule energi varje sekund. Detta motsvarar ungefär kraften i en takfläkt, en symaskin, eller två vanliga glödlampor. Vi beräknar att den genomsnittliga mikroben som fångas i djuphavssediment överlever på femtio miljarder miljarder gånger mindre energi än en människa."

Jan Amend, Direktör för Center for Dark Energy Biosphere Investigations (C-DEBI) vid University of Southern California, och medförfattare till studien, sa "Tidigare studier av livet på undervattensbotten - och det har varit många bra - fokuserade främst på vem som är där, och hur mycket det är där. Nu gräver vi djupare i ekologiska frågor:vad gör den, och hur snabbt går det? Att förstå livets maktgränser etablerar en viktig baslinje för mikrobiellt liv på jorden och på andra håll."

Fynden väcker grundläggande frågor om våra definitioner av vad som utgör liv, liksom gränserna för livet på jorden, och på andra ställen. Med så lite energi tillgänglig, det är osannolikt att organismer kan föröka sig eller dela sig, men använd istället denna lilla mängd energi för "underhåll" - byte eller reparation av skadade delar. Det är sannolikt, därför, att många av de mikrober som finns på stora djup under havsbotten är rester från populationer som bebodde grunda kustmiljöer för tusentals till miljoner år sedan. Till skillnad från organismer på jordens yta, som fungerar på korta (dagliga och säsongsbetonade) tidsskalor enligt solen, det är troligt att dessa djupt begravda mikrober existerar på mycket längre tidsskalor, såsom rörelsen av tektoniska plattor, och förändringar i havets syrehalter och cirkulation.

Forskningen belyser också hur mikroberna interagerar med kemiska processer som sker djupt under havsbotten. Medan syre ger den största mängden energi till mikrober, det finns en överväldigande bristvara – närvarande i mindre än 3 procent av sedimenten.

Anoxiska sediment, dock, är mycket mer utbredda, innehåller ofta mikroorganismer som får energi genom att generera metan – en potent växthusgas. Trots att de är praktiskt taget inaktiva, de mikrobiella cellerna i jordens marina sediment är så många, och överleva över så utomordentligt långa tidsperioder, att de fungerar som en viktig drivkraft för jordens kol- och näringskretslopp – till och med påverkar koncentrationen av CO2 i jordens atmosfär under tusentals till miljoner år.

"Resultaten av forskningen ifrågasätter inte bara naturen och gränserna för liv på jorden, men någon annanstans i universum, " tillade Dr. Bradley. "Om liv existerar på Mars eller Europa till exempel, den skulle med största sannolikhet ta sin tillflykt till underytan av dessa energibegränsade planetkroppar. Om mikrober bara behöver några få zeptowatts kraft för att överleva, det kan finnas rester av befintligt liv, länge vilande men fortfarande tekniskt "levande", under deras isiga yta."