Zo’n vier miljard jaar geleden viel het niet mee om op aarde te leven. Regelmatig inslaande asteroïden zorgden ervoor dat delen van de planeet in gesmolten rots veranderden. Voedsel of leefbare plekken waren er nauwelijks. Hoe kon je als microbe zorgen voor je voortbestaan?
Waarschijnlijk kozen een aantal hele vroege levensvormen voor een bestaan in de diepte – op maar liefst tien kilometer onder de zeebodem. Dat blijkt uit nieuw onderzoek, waarin sporen van levende microben werden gevonden onder ‘s werelds diepste locatie, de enorme onderwaterkloof die bekendstaat als de Marianentrog.
De trog is onderdeel van een subductiezone, waar de Pacifische Plaat door platentektoniek onder de Filipijnse Plaat schuift. De omringende zeebodem is bezaaid met hydrothermale bronnen en moddervulkanen, waaruit ingrediënten vanuit het binnenste van de aarde naar boven komen.
In een onderzoek van november, waarover werd gepubliceerd in de Proceedings of the National Academy of Sciences, onderzochten wetenschappers mineraalrijke modder uit de onderzeese berg South Chamorro. Deze moddervulkaan in de buurt van de Marianentrog wordt gevoed door de subductiezone eronder. Hoewel de onderzoekers geen intacte microben vonden, ontdekten ze wel veelbelovende sporen van organisch materiaal. Dit zou kunnen bijdragen aan het bewijs dat er leven kan bestaan in de meest extreme omgevingen.
“Dit is opnieuw een teken van een grote, diepe biosfeer op onze planeet,” aldus onderzoeksleider Oliver Plümper van de Universiteit Utrecht. “Die kan enorm zijn, of heel erg klein, maar er is in ieder geval iets aan de hand en we weten nog niet wat.”
Mogelijk kan er leven bestaan op die grote diepte omdat subductiezones relatief koel zijn. Er komt geen magma bij de dalende korst totdat die een lager punt in de aardmantel bereikt. Plümper berekende dat de maximale temperatuur waarbij voor zover bekend nog leven mogelijk is, rond de 120 graden Celsius, pas wordt bereikt op een diepte van tenminste negen kilometer onder de zeebodem.
Daardoor zouden deze microben de diepst levende wezens op aarde zijn. Ze zouden hun soortgenoten overtreffen die werden aangetroffen in sediment van de zeebodem op zo’n vijf kilometer diepte.
“Ik denk dat het belangrijkste punt van dit artikel is dat er dus leven kan zijn in enkele van de diepste omgevingen op de planeet,” stelt Matthew Schrenk, een geomicrobioloog aan de Amerikaanse Michigan State University. Hij doet onderzoek naar de ecosystemen van microben die te maken hebben met serpentinisatie.
DE KRACHT VAN MINERALEN
Het team van Plümper onderzocht organisch materiaal dat werd aangetroffen in serpentijn, een mineraalsoort die wordt gevormd wanneer olivijn in de bovenmantel reageert met water dat uit de subductiezone naar boven wordt gedrukt. Deze combinatie zorgt voor de productie van waterstof en methaangas, die door microben als voedingsstoffen kunnen worden gebruikt.
Dit proces, dat serpentinisatie wordt genoemd, creëert elders leefomgevingen voor microben, zoals in hydrothermale bronnen op de zeebodem.
Het team denkt nu dat ze mogelijk afvalstoffen hebben gevonden van gasetende microben die zelfs nog dieper leven. Uit laboratoriumtesten bleek dat de koolwaterstoffen en lipiden uit de moddervulkanen veel lijken op afvalstoffen die door andere bacteriën worden geproduceerd. Maar het onderzoeksteam erkent dat ze op het moment nog niets met zekerheid kunnen zeggen.
“Deze organische moleculen wijzen er beslist op dat er leven is, maar wat de bron daarvan is, is nog onduidelijk, erkennen de auteurs ook,” aldus Frieder Klein, die zich bij het Amerikaanse Woods Hole Oceanographic Institute bezighoudt met onderzoek naar serpentinisatie.
Externe bronnen van organische stoffen zouden mogelijk roet in het eten kunnen gooien voor het onderzoek. Dat werd op verschillende manieren getest. Zo bleken de mineralen geen carbonaten te bevatten die zich vormen als zeewater uit hogere lagen in de oceaan in contact komt met water in de subductiezone
Volgens Klein zijn de bevindingen uit het artikel ‘echt opmerkelijk’. Maar, voegde hij daaraan toe, de kans bestaat nog steeds dat het organische materiaal afkomstig is van een andere bron, bijvoorbeeld de aardkorst zelf.
Een andere mogelijkheid is dat het organische materiaal werd geproduceerd zonder dat er biologische factoren aan te pas kwamen, bij een soort natuurlijke versie van het proces dat mensen gebruiken om synthetische olie en brandstof te maken. Maar ook deze alternatieve mogelijkheid zou bijzonder zijn, vindt het onderzoeksteam.
“Het zou verbazingwekkend zijn, als dat mogelijk is,” aldus Plümper. Hij voegt daaraan toe dat vermoed wordt dat de moddervulkanen waarin het serpentijn wordt gevormd al bestonden op het moment dat het leven op aarde begon. “Dan zouden we weten dat bij dat geologische proces complexe organische moleculen ontstaan.”
BUITENAARDS LEVEN IN DE DIEPTE?
Toen wetenschappers in de jaren zestig begonnen te zoeken naar serpentinisatie, bleek het overal voor te komen. Op de plekken waar continenten tegen elkaar botsen en de gesmolten randen waar ze ontstaan, in hydrothermale bronnen en zelfs in berggebieden die eens onderwater lagen en in wat ooit de zeebodem was.
Omdat het zo veel voorkomt op onze eigen planeet, staat serpentinisatie – met zijn mogelijkheden om extreme vormen van leven te ondersteunen – in de belangstelling van mensen die op zoek zijn naar buitenaards leven.
“Er is een direct verband tussen dit proces dat we op aarde onderzoeken en de processen die mogelijk elders in het zonnestelsel plaatsvinden,” aldus Klein.
Twee veelbelovende kandidaten zijn de maan Europa bij Jupiter en de maan Enceladus bij Saturnus. Beide zijn bedekt met ijs, maar het vermoeden bestaat dat er zilte, vloeibare oceanen zijn onder hun oppervlak.
Op Enceladus zijn ook enkele sporen van tektonische activiteit gezien, wat nodig is voor de creatie van het soort subductiezones dat Plümper en zijn team onderzochten. Maar dit is nog niet met zekerheid vastgesteld.
“Als er op een rotsachtige planeet olivijn voorkomt, is er waarschijnlijk ook sprake van serpentinisatie,” stelt Plümper. “Bij gebrek aan fotosynthese zou dat materiaal kunnen opleveren wat een vorm van leven kan ondersteunen.”
Maar astrobiologen die op zoek willen gaan naar diep microbieel leven op andere planeten zouden tegen dezelfde problemen aanlopen als die waar wetenschappers als Plümper op aarde mee te maken krijgen: omdat ze de diepten waar dit leven zich schuilhoudt niet kunnen bereiken, moeten ze het doen met de sporen die ze vinden in geisers, rotsen en met andere monsters afkomstig uit de diepte.
“Ik zie het als een soort briefje in een fles,” vertelt Plümper over zijn monsters van diepzeeboringen. “De koker komt naar boven, we maken hem open en proberen uit te vinden wat er aan de hand is.”
