Mikroorganismer i sedimenter

Tekst og foto: Anne Karin Wallace

Vi vet at mikroorganismer spiller en viktig rolle i kretsløpet til grunnstoff som karbon og nitrogen. Alle levende organismer trenger karbon og nitrogen. Heterotrofe organismer, som oss mennesker, får dem via maten vi spiser, mens grønne planter har CO2 som karbonkilde og nitrogen tas opp som nitrationer løst i vann.

Mikroorgansimer er helt nødvendige for at nitrogen fra døde planter og dyr skal omdannes til nitrat slik at plantenes nitrogenkilder ikke blir brukt opp. Vi kjenner godt til noen typer bakterier deltar i nedbrytingen av proteiner til nitrat, hver bakterietype har sitt steg i prosessen. Det betyr at en bakterietype er avhengig av det produktet en annen type har produsert når den gjorde sitt steg i nedbrytningsprosessen. Sannsynligvis er det slik at de fleste mikroorgansimene som lever i sedimentet er avhengig av stoff som andre mikroorganismer har produsert, nedbrytingen er et teamarbeid. Hvem som gjør hva krever det et nitidig arbeid å finne ut av.

Når mikrobiell økologi er fokus for studiet av bakteriene i sedimenter er det flere ting man ønsker å finne ut av. Mengden av bakterier per gram sediment kan bestemmes ved å telle. Men å telle 100 millioner bakterier er umulig. Prøven må gjennom flere steg med sentrifugering og filtrering før den er klar for telling. For å skille bakteriene fra sedimentpartikler som ikke er vasket bort tilsetter man et fargestoff som binder seg til DNA. Fargestoffet gjør DNA, og dermed bakteriene, fluoriserende. De kan da skilles fra sedimentkorn i mikroskopet. Gjennom mikroskopet telles nå antall bakterier i prøven.

Vanligvis gjøres det ved at et kamera er koplet på mikroskopet, og kameraet er knyttet til en datamaskin. På datamaskinen er det et program som teller hvor mange fluoriserende prikker det er på bildet. I og med at man vet hvor mye prøven er fortynnet og hvor stort volum som vises i mikroskopet kan man regne ut hvor mange bakterier det er i ett gram av sedimentet.

Man vet foreløpig lite om stoffomsetningen hos bakteriene som lever i sedimenter. Nedover i sedimentet er det tilsynelatende ikke næring til dem. Studier av hvilke enzymer mikroorganismene kan lage, og dermed hva de kan omsette er derfor et interessant felt. For å studere hvilke enzymer bakteriene kan lage studerer man bakterienes DNA, og leter etter gener som koder for det enzymet man er på jakt etter. Det betyr at man må ekstrahere bakterie-DNA fra sedimentprøvene. Dette er en prosess som består av flere trinn. Først ristes sedimentprøven sammen med noen små kuler. Ristingen slår i stykker celleveggene slik at DNA frigjøres. Deretter følger en vaskeprosess som blant annet består av sentrifugering i flere omganger. For å sjekke at man har fått ut DNA av prøven kan man bruke elektroforese, og vil da se et tydelig bånd på gelen dersom prosessen har vært vellykket.

De videre DNA-analysene vil vise hvilke gener som er i DNA fra sedimentprøven. Å knytte gener til de enkelte bakterieindividene er imidlertid en meget tidkrevende og vanskelig jobb, stort sett kan vi altså bare finne ut hvilke stoff som brytes ned av bakteriefloraen i et sedimentlag. Sammenlikning av resultatene av DNA-analysene og kjemiske data fra det samme sedimentlaget vil være viktig for å forstå hvordan disse økosystemene fungerer.

Vi vet i utgangspunktet ikke om DNA-et stammer fra aktive bakterier. Noen bakterier har evnen til å være inaktive i lang, lang tid. Det fins imidlertid et triks for å sjekke om bakteriene er aktive. RNA brytes ned mye raskere enn DNA, og bakterier som ikke er aktive vil ikke inneholde RNA. Ved å teste hvor mye ribosomalt RNA det er i prøven kan man avgjøre hvor stor andel av bakteriene som er aktive.

På 1970-tallet ble de første arkene oppdaget og beskrevet. Dette er encellede procaryote organismer som er så forskjellige fra bakterier at de taksonomisk er plassert i et eget rike. Man trodde i starten at arkene bare lever i ekstreme miljø der det enten er svært varmt, svært salt eller svært surt. Etter hvert har man oppdaget at arker lever i alle typer miljø, og sannsynligvis er de svært viktige for nitroenkretsløpet på jorda. En del av mikroorganismene i sedimenter er helt sikkert arker.

At det er mange mikroorganismer i jord har vi visst en stund. Den neste oppdagelsen var at det er store mengder mikroorganismer i sjøvann også. Nå er det mengden mikroorgansimer i luft man er i ferd med å oppdage. I hovedsak er det teknologiutviklingen som har gjort oppdagelsen av alle mikroorganismene mulig. Det er ved å påvise DNA fra mikroorganismer man påviser at de er der, ikke ved å dyrke dem. Vi regner faktisk nå med at en anselig andel av den samlede biomassen på jorda er mikroorganismer, og de fins fra oppe i lufta og langt ned i sedimentene på havbunnen.