Wetenschappers vonden bacteriën in rotsen – wat zou dat kunnen betekenen voor leven op Mars

De ontdekking van bacteriën in rotsen onder het oceaanoppervlak suggereert dat leven op Mars waarschijnlijker is dan eerder werd aangenomen. Als deze microscopisch kleine wezens in deze omstandigheden op aarde konden gedijen, zo stellen onderzoekers, dan zouden levensvormen zich ook in soortgelijke structuren op de Rode Planeet kunnen hebben gevormd.

De bacteriën werden aangetroffen in dunne scheurtjes in rotsen die onder de oceaanbodem onder de Stille Oceaan werden uitgegraven. Het team dat de vondst heeft gedaan, denkt dat de scheuren verzamelingen bacteriën kunnen herbergen die net zo rijk en divers zijn als de menselijke darm – ruwweg 10 miljard cellen per kubieke centimeter (0,06 kubieke inch). Dit is 100 miljoen keer zo dicht als de gemiddelde verspreiding van bacteriën op de oceaanbodem in het gebied waar monsters werden verzameld.

“Ik verwacht nu bijna te veel dat ik leven op Mars kan vinden. Zo niet, dan moet het leven afhankelijk zijn van een ander proces dat Mars niet heeft, zoals platentektoniek,” verklaarde Yohey Suzuki, universitair hoofddocent aan de Universiteit van Tokio.

I wanna rock!

Lava barst uit onderwatervulkanen bij temperaturen van 1200 graden Celsius (2200 Fahrenheit). Dit materiaal koelt af in het koele water en vormt rotsen, gevuld met kleine scheurtjes. In de loop van miljoenen jaren vullen deze spleten (tot 1 mm) zich met klei, vergelijkbaar met de klei die voor aardewerk wordt gebruikt. Bacteriën vinden al snel hun weg naar de klei, waar ze zich kunnen vermenigvuldigen en uitgroeien tot grote kolonies.

De monsters werden eind 2010 verzameld in de wateren van de Stille Oceaan tijdens het Integrated Ocean Drilling Program (IODP). Het expeditieteam verzamelde kernmonsters op drie locaties tussen Tahiti en Nieuw-Zeeland.

“De voorouderlijke microben kwamen waarschijnlijk binnen met zeewater dat door de breuken in het basalt stroomde. De klei is ter plaatse gevormd, door de verandering van het basalt. Typisch oceanisch basalt heeft ongeveer 15% breuken als het jong is. Zeewater stroomt continu door deze breuken. Naarmate secundaire mineralen (zoals klei) in de breuken groeien, neemt het breukvolume af. Ondanks deze mineraalgroei blijven sommige breuken open genoeg voor de zeewaterstroom door het basalt om vele tientallen miljoenen jaren door te gaan (gedurende de gehele 100+-miljoen-jarige levensduur van het basalt in onze studie),” verklaarde Dr. Steven D’Hondt van de University of Rhode Island, die de Pacific-expeditie leidde, aan The Cosmic Companion.

De missie was uitgerust met een boor die was verbonden met een metalen buis van 5,7 kilometer lang. De boor sneed door maar liefst 125 meter materiaal onder de oceaanbodem. Monsterboorkernen van 6,2 cm doorsnee onthulden ruwweg 75 meter sediment boven 44 meter massief gesteente.

“De bovenste oceaankorst bestaat voornamelijk uit basaltlava. Deze is op Aarde gedurende ~3,8 miljard jaar continu ontstaan. Basaltlava wordt uitgebarsten en gestold op middenoceanische bergkammen waar reacties tussen basalt en zeewater bij hoge temperatuur aanzienlijke energie leveren voor het in stand houden van chemosynthetisch leven,” beschrijven onderzoekers in Communications Biology.

Analyse onthulde een breed scala aan leeftijden voor het drietal monsters. Eén kern bleek 13,5 miljoen jaar oud te zijn, terwijl een tweede 20 miljoen jaar ouder was. De oudste van de monsters bleek 104 miljoen jaar voor onze tijd te zijn gevormd.

Elke kern werd verzameld in gebieden die op ruime afstand lagen van hydrothermale openingen of waterkanalen onder de zeebodem. Deze positionering zou helpen ervoor te zorgen dat de bacteriën die in klei in de monsters werden aangetroffen, zich op natuurlijke wijze in de spleten vormden.

“Deze spleten zijn een zeer vriendelijke plaats voor leven. Kleimineralen zijn als een magisch materiaal op aarde; als je kleimineralen kunt vinden, kun je bijna altijd microben vinden die erin leven,” legde Suzuki uit.

Voordat ze werden verwerkt voor studie, werd de buitenkant van elk kernmonster gesteriliseerd met behulp van een wasbeurt met kunstmatig zeewater en een snelle brandwond, vergelijkbaar met de manier waarop een chef-kok voedsel in vlammen zou kunnen laten ontdooien.

De groene machine

Een decennium geleden zouden onderzoekers die monsters van de boorkern onderzochten, de buitenste laag van de monsterkolom hebben afgehakt en het materiaal in de binnenste regionen van de kern hebben verbrijzeld. Cellen in het vergruisde gesteente zouden dan worden geteld.

Eerste analyse van de monsters bracht de aanwezigheid van bacteriën ver onder de oceaanbodem niet aan het licht.

“Het aantal microbiële cellen is lager dan op alle plaatsen waar eerder is geboord. Telbare cellen verdwijnen met toenemende diepte in het sediment op elke locatie in de South Pacific Gyre,” beschreven onderzoekers in 2011.

Geologen, chemici en biologen besteedden meer dan een decennium aan het ontwikkelen en verfijnen van nieuwe testmethoden.

Geïnspireerd door de manier waarop dunne plakjes lichaamsweefsel worden geprepareerd voor onderzoek, prepareerden Suzuki dunne plakjes van kernmonsters, met behulp van speciale epoxy om de stukken bij elkaar te houden. De monsters werden vervolgens behandeld met kleurstof die het DNA kleurde, en de monsters werden onderzocht met behulp van een verscheidenheid aan microscopen.

Het team vond aerobe bacteriën in de vorm van groene bolletjes, samengepakt in lichtgevende oranje buisjes, de kenmerkende structuur van klei. Onderzoekers suggereren dat deze tunnels voedingsstoffen zouden kunnen concentreren die bacteriën gebruiken als brandstof, waardoor ze een aantrekkelijke thuis vormen voor de micro-organismen.

Het DNA van bacteriën binnen de kleistructuren werd ook in detail onderzocht. Onderzoekers vonden een verscheidenheid aan bacteriesoorten, uniek voor elk van de drie locaties waarvan monsters werden verkregen. Onderzoekers suggereren dat de ouderdom van de gesteentemonsters een rol kan hebben gespeeld bij het sturen van de verspreiding van verschillende soorten op elke locatie.

Deze studie suggereert dat microscopische levensvormen op Mars zich ook zouden kunnen concentreren in soortgelijke structuren, die een welkom thuis bieden voor bacteriën in de barre Martiaanse omgeving. De NASA-video hieronder toont organische materialen die zijn ontdekt in oude rotsformaties op Mars door de Curiosity rover.

“Mineralen zijn als een vingerafdruk voor welke omstandigheden aanwezig waren toen de klei werd gevormd. Neutrale tot licht alkalische niveaus, lage temperatuur, gematigd zoutgehalte, ijzerrijke omgeving, basaltgesteente – al deze omstandigheden worden gedeeld tussen de diepe oceaan en het oppervlak van Mars,” zei Suzuki.

Een studie uit 2017 suggereerde dat methanogenen – een van de oudste vormen van leven op aarde, die koolstofdioxide en waterstof gebruiken om te overleven – zouden kunnen gedijen in de lagedrukatmosfeer van Mars.

“In alle omgevingen die we hier op aarde vinden, is er in bijna allemaal een soort micro-organisme. Het is moeilijk te geloven dat er op andere planeten of manen niet ook andere organismen zijn,” verklaarde Rebecca Mickol, astrobiologe aan de Universiteit van Arkansas en hoofdonderzoeker van de methanogen-studie.

Hoewel Mars een harde omgeving heeft, blijft het toch een van de meest waarschijnlijke plaatsen in het zonnestelsel om buitenaards leven te vinden. Nu weten we hoe we in kleine tunnels van klei kunnen kijken om te zien waar buitenaardse organismen zich misschien nog verbergen.

Dit artikel is oorspronkelijk gepubliceerd op The Cosmic Companion door James Maynard, een astronomie journalist, fan van koffie, sci-fi, films, en creativiteit. Maynard schrijft al over de ruimte sinds hij 10 was, maar hij is “nog steeds niet Carl Sagan. “Je kunt dit originele stuk hier lezen.