Det våras på djupet

Få djur på jorden torde ha mindre anledning att bry sig om våren än djuphavsmusslan Bathymodiolus azoricus. Den drygt decimeterlånga gulbruna varelsen lever i ständigt mörker vid varma källor på över 800 meters djup nära toppen av en vulkan mitt ute i Atlanten. Platsen heter Menez Gwen och ligger väster om Azorerna. Livet här får sin energi från kemikalier som följer med skållheta vattenströmmar från jordens inre. Musslor, snäckor, krabbor och andra djur i trängseln kring källorna klarar sig helt utan solljus. Temperaturen, mörkret och tillgången på kemisk energi är så gott som oföränderliga under hela året. Ändå når årstidernas växlingar hit.

För några år sedan visade portugisiska forskare att musslan B. azoricus föredrar att fortplanta sig under våren. Nyligen har brittiska och amerikanska forskare upptäckt att en närbesläktad djuphavsmussla i Mexikanska golfen följer samma mönster. Även denna mussla får sin energi från kemikalier som strömmar upp från bottnen.

Paul Tyler, professor i djuphavsbiologi vid University of Southampton i Storbritannien, är en av forskarna bakom de nya resultaten. Han misstänker att de vuxna musslorna för egen del klarar sig utmärkt utan årstider. Däremot är våren viktig för larvernas möjligheter hitta mat på färden mot nya boplatser.

– Musslorna fortplantar sig så att deras larver befinner sig i vattnet samtidigt som vårblommande växtplankton sjunker nedåt, säger han.

Det är ont om näring i djuphavet. Vidderna på bottnar fjärran från kontinenterna påminner om öknar. Alger är mycket sällsynta på djup större än 300 meter. Längre ner är ljuset för svagt för normal fotosyntes. Ett glest och småväxt djurliv utvinner kemiskt bunden solenergi ur döda växter och djur som sakta singlar ner från ytligare vatten. Efter en algblomning ökar tillgången på energi. Då passar många av djuren på att fortplanta sig.

Källornas årstider är otydliga

Vid djuphavets oaser gäller helt andra förutsättningar. Svavelväte, metan och andra energirika ämnen flödar upp ur underjorden i jämn takt. Kemikalierna håller liv i en rik flora av bakterier, som i sin tur blir näring åt ett myller av djur. Bakterierna spelar samma roll för oasernas djurliv som växterna gör för alla andra djur på jorden. Många djurarter vid djuphavskällorna lever i symbios med bakterier. Andra är rovdjur. Alla klarar sig utan solenergi. Därför var det oväntat att vissa av djuren faktiskt reagerar på årstiderna.

Än så länge har forskarna bara hittat några enstaka musselarter vid djuphavsoaser som uppfattar vårens ankomst. Dessa musslor har flera saker gemensamt. De förekommer på bottnar där alger vid ytan blommar under våren. De finns på grundare vatten än de flesta andra djur som klarar sig utan solenergi. Och deras larver måste äta under färden genom havet mot nya djuphavsoaser. Arter som utrustar sina larver med ett stort näringsförråd verkar fortplanta sig oberoende av årstiderna. Det gäller bland annat de upp till tre meter långa rörmaskar som ofta syns på bilder från varma djuphavskällor.

Det är fortfarande oklart vilka vårtecken som talar om för musslorna att det är dags att fortplanta sig. Men fenomenet är väl belagt. Och det ligger i linje med annan ny forskning som visar att djuphavets oaser har starkare band till den solbelysta världen ovanför än vad forskare tidigare trott.

– Från början ansåg man att livet vid djuphavets varma källor var mer exotiskt än det i själva verket är, säger Anders Warén, blötdjursforskare vid Naturhistoriska riksmuseet i Stockholm.

Han har varit med om att beskriva över hälften av de fler än hundra nya arter av musslor och snäckor som har upptäckts vid varma djuphavkällor. Nästan varje sommar deltar han i expeditioner som skickar ubåtar eller robotar flera kilometer ner i havet.

En värld av märkliga organismer

Det stora genombrottet för den biologiska djuphavsforskningen kom år 1977. Ett forskningsfartyg skickade ner ubåten Alvin till nästan 2 500 meters djup utanför Galápagosöarna i östra Stilla havet. Syftet var att leta efter varma källor. Det var känt att vulkanisk aktivitet ofta förekommer där jordytans stela plattor skaver mot varandra. Dessutom hade forskare räknat ut att något saknades i balansräkningen över mangan och flera andra metaller som förekommer i havsvatten. Mer av metallerna faller ut i marina sediment än vad som flödar ut i havet med floder och vindar från land. Mycket talade för att mellanskillnaden sipprar ut från varma källor.

Alvin hittade inte bara källorna, utan en hel värld av märkliga organismer. Kolonier av stora musslor, vajande skogar av rörmaskar och många andra djur frodades i en mörk, het och svavelosande miljö lik den klassiska bilden av helvetet. Upptäckten skapade stora rubriker. Det hade gått nästan ett decennium sedan människan landade på månen, och nu visade det sig att en främmande djurvärld hela tiden hade funnits gömd här på jorden. Entusiastiska forskare beskrev de nya arterna som mer eller mindre frikopplade från tidigare kända livsformer.

– Det ökade ju chanserna att få feta forskningsanslag, säger Anders Warén, som för övrigt själv skrev en artikel om djuphavsoaserna i Forskning & Framsteg år 1985.

Science fiction-författaren Arthur C. Clarke fick inspiration till boken 2010: Andra rymdodyssén, som beskriver märkliga livsformer kring heta källor under isen på Jupiters måne Europa. Boken gav spridning åt idén att livet rent av kan ha uppstått vid djuphavets källor.

Rörmasken gjorde en klassresa

Rörmasken Riftia pachyptila blev själva sinnebilden av de främmande livsformerna. Masken lever inkapslad i ett vitt rör som sitter fast i bottnen. Ett rött huvud sticker ut ur rörets mynning, vilket ledde till att platsen där maskarna hittades fick namnet rosenträdgården. Den rosenröda plymen är dock inte något huvud i vanlig mening eftersom masken saknar både mun och tarm. Den röda färgen är ett slags hemoglobin som transporterar syrgas, koldioxid och svavelväte från vattnet vid källorna till svavelbakterier i ett speciellt organ i kroppen. Bakterierna lever inuti maskens egna celler. De utvinner energi genom att omvandla svavelväte till svavel. I utbyte mot kemikalierna, och en skyddad miljö, tillverkar bakterierna sockerarter och andra ämnen som rörmasken behöver. Symbioser av den här typen är mycket vanligt där heta källor mynnar ut i djuphavets mörker.

Marinbiologerna tyckte att rörmaskarna var så märkliga att de från början placerade dem i en ny stam i det hierarkiska system som beskriver släktskapet mellan olika djur. Stammen är den högsta kategorin i systemet. Hela djurriket delas in i drygt trettio stammar, vilket betyder att det är en mycket stor ära för en nyupptäckt art att hamna i en egen stam. Men gradvis uppstod oklarheter kring rörmaskens ställning. Dess larver visade sig påminna om havsborstmaskarnas. I början av 1990-talet avslöjade DNA-analyser att djuphavets rörmaskar faktiskt är släkt med havsborstmaskar som lever på grunda bottnar. Därmed hamnade kändisen från djuphavet i en egen familj tre våningar längre ner i det hierarkiska systemet. I frågan om biologisk exklusivitet innebar förflyttningen en klassresa spikrakt nedåt.

Faunan bär spår av invandring

På liknande sätt har forskare förenat flera familjer av djur från varma djuphavskällor med nära släktingar i mera normala omgivningar. Det är fortfarande teoretiskt möjligt att primitivt liv en gång uppstod i djuphavets extrema miljöer. Men de är inga reservat för livsformer från jordens forntid. Faunan bär tydliga spår av senare invandring. Det syns bland annat i analyser av fossil och DNA.

– Faunan vid källorna är i allmänhet inte äldre än 60 till 100 miljoner år gammal, säger Anders Warén.

Vid varma källor i norra Stilla havet finns en nära släkting till valthornsnäckan, känd från Bohuslän och från välsorterade fiskdiskar. Båda arterna hör till en grupp av snäckor som bara finns som fossil yngre än 15 miljoner år. Längre än så kan de varma källornas snäcka alltså inte ha funnits i sin nuvarande miljö.

Genom historien har djuphavets oaser sett arter komma och gå. I fossil från Uralbergen dominerar armfotingar, en marin djurstam som i dag bara har kvar en spillra av sin forna artrikedom. Numera är olika slags musslor betydligt vanligare.

Hittills har forskarna beskrivit ungefär 700 djurarter som lever vid varma källor djupt nere i havet, varav många bara finns där. De har mycket gemensamt med tidigare kända arter, men somliga organismer har utvecklat extrema förmågor. Ett exempel på det är masken Alvinella pompejana, världens värmetåligaste djur. Den klamrar sig fast utanpå de skorstenar som bildas där grumligt hetvatten bolmar upp från bottnen. Masken lever inuti ett slags kylsystem som består av lodräta rör där svalare vatten strömmar in nedtill. Den klarar utan problem temperaturer på upp till drygt 80 grader. Det värmetåligaste djuret på land är en myra från Sahara som storknar när lufttemperaturen stiger över 55 grader.

Synorgan för värmestrålning

Många av djuren i djuphavsoaserna har tillbakabildade ögon, vilket är ytterligare ett tecken på att de har tillbringat en del av sin utvecklingshistoria på soligare platser. Vissa organismer har lärt sig utnyttja det svaga skenet från närmare 400 grader varma källor. I fjol rapporterade amerikanska och tyska forskare att sådan värmestrålning verkar driva fotosyntesen hos en tidigare okänd grön svavelbakterie från 2 400 meters djup utanför Mexikos kust.

Räkan Rimicaris exoculata har ut vecklat ett extra sinne för samma strålning. Den saknar vanliga ögon. I stället har den ett slags synorgan för värmestrålning på ryggen under sitt genomskinliga skal. Det upptäckte en grupp djuphavsforskare ledd av Cindy van Dover vid The College of William & Mary i den amerikanska delstaten Virginia.

– Vi tror att räkorna använder ögonen till att undvika att bli kokta, säger hon.

Räkorna är beroende av symbiotiska bakterier. De måste hålla sig nära utloppet från varma källor där det finns gott om svavelväte för bakterierna. Men inte för nära. Ögonen på ryggen hjälper dem att styra undan från skållheta strömmar. Systemet har dock sina brister. En undersökning visade att uppåt en tredjedel av räkorna har ärr efter brännsår.

Vid en djuphavskälla i Indiska oceanen har Cindy van Dover också hittat en märklig snäcka med fjällig bepansring på foten och med svalget fullt av symbiotiska bakterier. Hon skickade snäckan till Anders Warén, som senare i år kommer att publicera en fullständig beskrivning av den nya arten.

– Fjällen här är belagda med kattguld, alltså järnsulfid, säger Anders Warén och pekar på en snäcka som han förvarar i en syltburk fylld med sprit.

Snäckan är det enda kända djuret i världen som bygger in kattguld i sin kropp. Även bepansringen och bakterierna i svalget gör arten unik (se Trefaldigt unik snäcka, F&F 1/04).

Rosenträdgården försvann

Varma källor är numera kända från ett par hundra platser i världshaven. Djurlivet täcker ytor som sällan är större än ett par hundra kvadratmeter. Faunan är relativt artfattig och skiljer sig mellan olika platser. Rörmaskarna som dominerar i östra Stilla havet saknas helt vid källorna mitt ute i Atlanten. Där frodas i stället ofta ett myller av räkor.

Under åren efter genombrottet i rosenträdgården år 1977 hittade forskare liknande djur även på andra bottnar, men där är djuren inte lika många och specialiserade som vid de varma källorna. Utanför Louisiana i södra USA pyser metangas och andra kolväten upp ur bottnen från oljeförande berglager. Kemikalierna visade sig ge näring åt musslor och rörmaskar liknande dem som finns vid varma källor. Och dykningar till ett fartygsvrak i Biscayabukten norr om Spanien i mitten av 1980-talet bjöd på en stor överraskning: rörmaskar av samma typ som finns vid varma källor klamrade sig fast på lådor fyllda med frukt på det förlista fartygets däck. Förmodligen hade doften av svavelväte från ruttnande frukt lockat till sig maskarnas larver.

Senare har forskare på försök placerat ut geléklumpar som sakta släpper ut svavelväte flera hundra meter från varma djuphavskällor. Inom några månader rotade sig larver från djur vid källorna på geléklumparna. Men de ratade geléklumpar som inte släppte ut något svavelväte. Doften av svavelväte, eller möjligen av svavelbakterier, verkar alltså locka till sig larverna.

Förmågan att hitta nya boplatser är avgörande för djur som lever av kemisk energi i djuphavet. Deras miljö är tillfällig. Ett tydligt exempel på det kommer från rosenträdgården utanför Galápagos. En ny dykning med Alvin på samma plats för två år sedan avslöjade att hela trädgården var borta, förmodligen översvämmad av lava. Andra källor sinar på grund av att gångarna som transporterar havsvatten genom berggrunden korkar igen, eller därför att magmakroppen som värmer vattnet svalnar. Samtidigt bildas nya källor på andra platser på havsbottnen. Forskarna räknar med att livet kring en typisk djuphavskälla blomstrar i mellan något decennium och några sekel.

Långlivade larver

De flesta ryggradslösa djur i havet har någon form av larver som kan spridas och leva som plankton. Larver som äter under färden kan klara sig i några veckor. De som förlitar sig på ett näringsförråd från ägget brukar bara hålla ut i några dagar.

Detta gäller för välkända arter från grunda vatten. Motsvarande siffror för djuphavets organismer är inte kända.

– Men man kan räkna med att deras larver måste hålla ut betydligt längre om de ska ha någon chans att hitta en ny boplats, säger Anders Warén.

Världens värmetåligaste djur, masken Alvinella pompejana, har utvecklat en elegant lösning på problemet. Dess larver går i dvala om de hamnar i det kalla vattnet bortom källornas hetta. Sedan driver de passivt med strömmarna, redo att vakna när varmare trakter nalkas.