Utforskning av mikrobiell mångfald med cellstorleksfraktionerade berikningsinkubationer från grundvatten i Äspö, Sverige

Gömda liv djupt under våra fötter

Långt under Sveriges skogar och kuster, i kalla, mörka sprickor i urberg, uthärdar stora gemenskaper av mikrober tyst på en knapp tillförsel av energi. Dessa små organismer driver processer i globala kretslopp av kol och svavel, men många är så små och så beroende av grannar att de har undgått forskare i årtionden. Denna studie skådar in i den underjordiska världen och avslöjar ett överraskande rikt ”mikrobiellt mörker” bestående av ultra-små celler som verkar överleva genom nära associationer med andra mikrober snarare än genom snabb tillväxt på färskt näringsämne.

Djupgrundvatten som en dold livsmiljö

Forskarna arbetade vid Äspö Hard Rock Laboratory vid Sveriges östersjökust, där tunnlar skär igenom urberg av granit hundratals meter under markytan. Där rör sig grundvattnet långsamt genom smala sprickor i berget. En del av detta vatten är relativt ungt och påverkat av regn och jord; en del liknar utspätt havsvatten; och en del är mycket gammalt och salt, avskuret från ytan under långa perioder. Tidigare arbete hade visat att dessa vatten hyser mångskiftande mikrobiala samhällen, inklusive många ovanliga släkten med extremt små celler och genomer.

Fokus på de minsta cellerna

För att studera dessa svårfångade mikrober samlade teamet anoxiskt grundvatten från tre olika djup och kemiska miljöer—meteoriskt (jordpåverkat), marint och salint. De upprättade sedan anaeroba inkubationer i laboratoriet och tillsatte antingen en enkel kolkälla (acetat) eller en komplex blandning framställd från sönderbrutna bakterieceller. Avgörande var att de i många inkubationer först filtrerade vattnet genom ett filter som avlägsnade celler större än 0,45 mikrometer. Det som passerade igenom var ultra-små bakterier och arkéer, såsom grupper kända som Patescibacteria, Nanobdellota och Omnitrophota, som misstänks ha begränsade metabolismer och vara beroende av nära partner eller värdar.

Mångfald utan tillväxt

Under veckor till månader följde forskarna cellantal och gemenskapssammansättning med DNA-sekvensering och mikroskopiska räkningar. I inkubationer som innehöll det fulla, ofiltrerade grundvattnet ökade det totala cellantalet vanligtvis med omkring tio gånger, men mångfalden minskade när bara några få snabbväxande grupper—såsom Bacillota, Spirochaetota eller Desulfobacterota—kom att dominera. I en slående kontrast visade de storleksfraktionerade inkubationerna, som bara innehöll ultra-små celler, nästan ingen ökning i cellantal, även när de fick extra acetat eller näringsrik celllysat. Ändå förblev deras genetiska mångfald mycket hög, ofta i nivå med det ursprungliga grundvattnet. Detta antyder att en stor del av den underjordiska biodiversiteten består av dessa små former som kvarstår utan uppenbar tillväxt under de givna förhållandena.

Genetiska ledtrådar till en beroendeliknande livsstil

För att förstå hur dessa mikrober försörjer sig rekonstruerade teamet flera dussin utkast till genomer från inkubationerna. Bakterier med större genomer, såsom Desulfobacterota och vissa Pseudomonadota, bar gener för en rad metabola strategier: nedbrytning av komplex organiskt material, respiration med syre eller sulfat och till och med koldioxidfixering. Till skillnad från dessa var genomer från Patescibacteria och Nanobdellota små och nedskalade. De saknade fullständiga vägar för central kolmetabolism och visade få möjligheter till självständig tillväxt, men de bar gener för celldelning, cellväggsbildning, fästanordningar och transportsystem. Denna kombination stämmer överens med en livsstil där de håller sig fast vid eller lever i nära association med andra mikrober och skaffar nyckel­näringsämnen från sina partner snarare än att tillverka dem helt själva.

Mikrobiella partnerskap i mörkret

Genom att jämföra många grundvattenprover och inkubationer undersökte forskarna också vilka mikrobiella släkten som tenderar att förekomma tillsammans. De fann starka samförekomstmönster mellan Patescibacteria och flera andra grupper, särskilt Desulfobacterota, Chloroflexota och Omnitrophota. Även om dessa mönster inte bevisar direkta värd–symbiontrelationer, stämmer de med idén att ultra-små mikrober kan klustra kring metaboliskt mångsidiga grannar som kan förse dem med saknade byggstenar och energi. Sådana partnerskap kan vara en viktig överlevnadsstrategi i djupet där energi är knapp och resurser anländer långsamt och oförutsägbart.

Varför detta är viktigt för livet på Jorden

Sammanfattningsvis visar studien att en stor del av den mikrobiella mångfalden i djupa, lågenergi grundvatten består av ultra-små celler som knappt växer i standardiserade berikningsexperiment och sannolikt är beroende av täta interaktioner med andra mikrober. Istället för att explodera i antal när extra mat tillsätts förblir dessa släkten numeriskt stabila men taksonomiskt rika, vilket antyder ett långsamt, tätt sammankopplat livsnät som verkar på tidskalor och energibudgetar mycket olika dem i ytekosystem. Att förstå dessa dolda gemenskaper omformar inte bara uppskattningar av jordens biomassa och biodiversitet utan ger också en inblick i hur liv kan bestå under extrem knapphet—en lärdom som kan vara relevant för undersökningar av underjordiska miljöer på andra planeter också.

Citering: Westmeijer, G., Turner, S., Hevele, P. et al. Exploring microbial diversity using cell-size fractionated enrichment incubations from subsurface aquifers at Äspö, Sweden. Commun Biol 9, 378 (2026). https://doi.org/10.1038/s42003-026-09706-8

Nyckelord: djupt grundvatten i jordskorpan, ultra-små mikrober, mikrobiell symbios, Patescibacteria, lågenergi-ekosystem