Jordas filmprodusenter

Mikrober jord VitAn 1_cropped.jpg

Slik kan en dråpe vann fra jord se ut i mikroskop. Foto: Berit Swensen, Vital Analyse.

Visste du at det finnes filmskapere i jorda? De produserer ikke spillefilm, men biofilm. Produksjonen skjer i et livsnødvendig samarbeid i farlige omgivelser. Drama og avansert kommunikasjon gjør det mulig.

- En biofilm består av bakterier som lever sammen i en slags slimete substans, en såkalt matrise, forklarer Mette Burmølle, førsteamanuensis ved Universitet i København.

– En biofilm er som oftest knyttet til en overflate. Mange bakteriearter er i stand til å feste seg til noe i omgivelsene sine. Ulike bakterier har ulike festemekanismer. I jord kan disse bakteriene gripe fatt i overflaten på et blad, en rot eller en stein. Deretter begynner produksjonen av et geleaktig slim som består av lange sukkermolekyler (polysakkarider), DNA og proteiner, såkalte matrisekomponenter.

 

Biofilmen beskytter mot farer

Jordas filmprodusenter er altså aktive aktører i sin egen film. Kulissene er mineralske og organiske jordpartikler eller planterøtter og sopphyfer. Biofilm har først og fremst blitt studert i vann og i forbindelse med kroniske sykdommer. Mange forskere er overbevist om at biofilm finnes andre steder også, f.eks. i jord.  - Dette er svært sannsynlig, mener Burmølle.

- Bakterier lager biofilm for å beskytte seg selv. I jord er det mange farer som truer: tørke, ugunstig pH, gressing fra protozoer og farlige kjemikalier. Biofilmen inneholder mye vann og tørker ikke like lett ut som jorda omkring. De ivrige protozoene kommer ikke så lett til i den slimete biofilmen. Dessuten kan bakteriene samarbeide om å utskille stoffer som hemmer gressing fra protozoer. Skadelige kjemikaler kan stenges ute eller bremses, utdyper mikrobiologen.

- Men det finnes en annen og kanskje enda viktigere indikasjon på at biofilm dannes i jord. Mange av de bakteriene forskerne har isolert fra jorda, er veldig dyktige til å danne biofilm. Bakterier i jorda endrer egenskaper veldig raskt. Det er lite sannsynlig at jordbakterier beholder en egenskap som de ikke trenger, argumenterer Burmølle.

blad+bak_cropped.jpg
En biofilm dannet av bakterier isoleret fra jord. Biofilmen blir farget med krystallfiolett. Deretter studeres biofilmen i mikroskopet. Foto: Mette Burmølle. 

Vanskelige forhold for nærstudier

Filmprodusentene har altså stor fordel av sin egen biofilmproduksjon. Grunnen til at forskerne ikke kan uttale seg med større sikkerhet, er rett og slett at det ikke er særlig enkelt å se film nede i den tette, mørke jorda.

- Det er nærmest umulig å studere jordbakteriene i sine naturlige omgivelser, forklarer den erfarne forskeren. Studier av jordas mikroliv skjer i laboratoriet der man kan observere forenklede systemer.

Den største begrensningen for bakteriene i jorda, er mangel på næring.

- Dette fører til at det er lite bakterievekst i størstedelen av jordvolumet, utdyper Mette Burmølle. Her finnes det mest sannsynlig bare små biofilmer som er inaktive mens de venter på bedre forhold.  Men nær planterøttene er det mye næring. Her utskiller både røttene og bakteriene matrisekomponenter, og det oppstår tykke biofilmer. Noen planterøtter skiller faktisk ut spesielle næringsstoffer for å tiltrekke seg helt spesifikke bakteriearter. I denne rotsonen foregår det en voldsom aktivitet. Plantene utskiller energirike molekyler som gir næring til mikroorganismer. Disse er igjen med på å beskytte rota og frigjøre næringsstoffer som plantene trenger. Sopphyfer, soppens «røtter», er et annet populært habitat for biofilmprodusentene.

biofilm_jordbak_cropped.jpg
Bakterier som koloniserer et blad i jorden kan være starten på en biofilm. Foto: Mette Burmølle.

Hva skjer så i en ekte biofilm?

– Biofilm handler om kommunikasjon, samarbeid og forsvar, forteller Burmølle ivrig, for nå nærmer vi oss yndlingstemaet hennes: mikrobiell interaksjon. Den unge mikrobeforskeren er fascinert av det komplekse samspillet mellom ulike bakteriearter. Jordbakteriene kan nemlig både snakke sammen og samarbeide.

- I jorda er de fleste bakteriene opptatt med å bryte ned organisk materiale. Det er slik de får næring. De frigjør CO2, men binder også karbon som humus og bidrar til dannelsen av stabile jordaggregater. Denne jobben gjør de imidlertid best i et fellesskap. Ved å benytte seg av et komplisert kommunikasjonssystem, quorum sensing, samarbeider bakteriene om å gjøre en felles innsats som de aldri kunne ha klart om de jobbet uavhengig av hverandre.

- Ved å skille ut signalstoffer kan bakteriene finne ut hvor mange artsfrender som befinner seg i nærmiljøet. De regulerer adferden sin i forhold til hvor mange de er. - Dette sikrer at alle bakteriene samarbeider om nedbrytningsprosessene. Bakteriene slipper å sløse bort energi ved å utføre disse aktivitetene alene.

- Ulike bakteriearter snakker til og med forskjellige språk, fortsetter Burmølle. Det ser ut til at biofilmen fremmer denne viktige kommunikasjonen mellom mikrobene.

Historien om biofilmenes verden er på langt nær ferdigskrevet. Det forskes aktivt innen mange ulike fagområder for å forstå signalsystemene og mekanismene i disse komplekse samfunnene bedre. Imens kan vi la oss fascinere og motivere av den pågående filmproduksjonen som foregår i dypet under føttene våre. Jeg håper at filmen inspirerer oss alle til å ta godt vare på jordas usynlige biofilmprodusenter.

 

Samarbeid nødvendig for økt kunnskap

Det er ikke bare danske forskere som lar seg fascinere av jordbakterienes skjulte verden. NIBIO-forsker Reidun Pommeresche er kjent for sitt utrettelige arbeid for meitemarken og andre smådyr i jorda.

- Jeg er veldig interessert i jordlivet generelt, sier Pommeresche. Biofilm i jord og rundt planterøtter er et veldig spennende, men komplekst fagfelt. Det er derfor viktig at forskere fra flere miljøer samarbeider for å øke kunnskapen på dette området. Jeg tror biofilmer og jordliv er avgjørende for å få god jordstruktur og hindre utvasking av næringsstoffer fra jorda.jordfigur.jpg

Fem stadier i utviklingen av biofilm. Kilde: Looking for Chinks in the Armor of Bacterial Biofilms Monroe D PLoS Biology Vol. 5, No. 11, e307 doi:10.1371/journal.pbio.0050307. D. Davis / PLOS Biology.
KONTAKTPERSON
Bli med å markere den internasjonale jorddagen!

Det blir engasjement, begeistring, gode eksempler og en bred markering av FNs jordår og den internasjonale jorddagen 4. desember på Eldorado bokhandel i Oslo, kl. 11.00 – 14.30.

Jordvernforeningene i Norge i samarbeid med NIBIO og Norges Bondelag arrangerer. Vi har invitert foredragsholdere og politikere med ulike perspektiv til å reflektere over jord.

 

Fakta om livet i jorda

  • Jorda huser en fjerdedel av det biologiske mangfoldet i verden. 
  • 1 spiseskje jord kan inneholde flere organismer enn det er mennesker på jorda.
  • En kvadratmeter jord kan inneholde fra ca. 200 gram til 1,4 kilo mikroorganismer.
  • Noen jordbakterier binder nitrogenet i lufta og gjør det tilgjengelig for plantene.
  • Under ideelle forhold kan en bakterie bli til 4,7 x 1021 på 24 timer.

 

Protozoer: Encellede «rovdyr» eller «beitedyr» med membran rundt cellekjernen, eukaroyte, i motsetning til bakterier som er prokaryote med fritt arvestoff uten membran. De er 10-50 mikrometer, kan bli opp til 1 mm.

Polysakkarider: Langkjedete molekyler som er satt sammen av sukkermolekyler. De mest komplekse polysakkaridene kan bestå av opp mot en million sukkermolekyler!  

 

Kontaktinformasjon:

Mette Burmølle

 

DAL-20080920-081732_cropped.jpg Har du sklidd på en glatt stein i en bekk? Da har du tråkket på biofilm. Foto: Lars Sandved Dalen.

Tekst frå www.nibio.no kan brukast med tilvising til opphavskjelda. Bilete på www.nibio.no kan ikkje brukast utan samtykke frå kommunikasjonseininga. NIBIO har ikkje ansvar for innhald på eksterne nettstader som det er lenka til.