Uniek: bodemsoorten op Antarctica zonder enige vorm van leven

De bodemmonsters uit berggebieden op de Zuidpool bevatten geen enkele microbe, iets wat nog nooit eerder is aangetroffen.

Twee leden van het expeditieteam gaan op weg om bodemmonsters te nemen op een van de onderzoekslocaties rond de Shackleton Glacier.

Foto van Noah Fierer
Gepubliceerd 18 jun. 2021 11:43 CEST, Geüpdatet 18 jun. 2021 15:59 CEST

Voor het eerst hebben wetenschappers bodemsoorten op aarde gevonden die geen enkele vorm van leven lijken te bevatten. De bodemmonsters zijn afkomstig uit een door wind geteisterd en bergachtig gebied in Centraal-Antarctica dat op een kleine vijfhonderd kilometer van de magnetische zuidpool ligt en waar de bergen boven een kilometers dikke laag ijs uitsteken.

“Er werd altijd aangenomen dat microben zeer taai zijn en overal kunnen leven,” zegt Noah Fierer, de microbieel ecoloog van de University of Colorado in Boulder wiens team de bodemsoorten heeft onderzocht. Per slot van rekening zijn er eencellige organismen levend en wel aangetroffen in heetwaterbronnen van bijna honderd graden, in meren onder een laag ijs van achthonderd meter dikte en zelfs op een hoogte van ruim 36 kilometer in de stratosfeer. Maar na een jaar speurwerk hebben Fierer en zijn student Nicholas Dragone in de Antarctische bodemmonsters die ze hebben verzameld nog altijd geen enkel teken van leven gevonden.

Fierer en Dragone onderzochten bodemsoorten uit elf verschillende berggebieden die een breed scala van omstandigheden bestrijken. De bodemsoorten uit lagere en wat minder koude berggebieden bevatten bacteriën en schimmels, maar in enkele van de bodemmonsters die in de hoogste, droogste en koudste gebieden waren verzameld, was geen enkel organisme te bespeuren.

“We kunnen niet zeggen dat ze steriel zijn,” zegt Fierer. Microbiologen vinden doorgaans miljoenen eencelligen in een theelepeltje grond, dus is het mogelijk dat een minuscuul aantal levende cellen – bijvoorbeeld honderd –  de wetenschappers is ontgaan. “Maar voor zover wij weten, bevatten deze monsters geen enkel microbieel leven.” Hun onderzoek is onlangs gepubliceerd in het tijdschrift JGR Biogeosciences.

Levenstekens

Los van de vraag of sommige van deze monsters inderdaad steriel zijn of dat ze later toch enkele overlevende cellen blijken te bevatten, zou deze ontdekking kunnen bijdragen aan pogingen om leven op Mars te vinden. De bodem op de Zuidpool is permanent bevroren en verzadigd met giftige zouten en heeft op sommige plekken al zo’n twee miljoen jaar geen noemenswaardige hoeveelheid water ontvangen, waarmee ze identiek zijn aan bodemsoorten op Mars.

De monsters werden in januari 2018 verzameld tijdens een expeditie die werd gefinancierd door de Amerikaanse National Science Foundation. De tocht ging naar een afgelegen gedeelte van het Transantarctisch Gebergte, dat het continent ruwweg in twee gedeelten snijdt: een hooggelegen polair plateau in het oosten en een lager gelegen ijsvlakte in het westen. De wetenschappers kampeerden op de Shackleton Glacier, een bijna honderd kilometer lange lopende band van ijs die door een corridor in het gebergte naar de Ross-zee kruipt. Ze gebruikten een helikopter om over de hele lengte van de gletsjer bodemmonsters te nemen.

In de relatief warmere en vochtiger gebieden aan de voet van de gletsjer, op niet meer dan enkele tientallen meters boven de zeespiegel, vonden ze bodems die werden bewoond door organismen die kleiner zijn dan sesamzaadjes: microscopische wormpjes, achtpotige beerdiertjes, raderdiertjes die met trilharen zijn uitgerust en vleugelloze insecten genaamd springstaarten. De karige zandbodem in deze gebieden bevat minder dan een duizendste van het aantal bacteriën dat je in een goed onderhouden gazon vindt – net genoeg om als voedsel te dienen voor de minuscule beestjes die dicht onder het aardoppervlak leven.

Maar naarmate het team hoger gelegen berggebied bezocht, namen de tekenen van leven gestaag af. Rond de bovenloop van de gletsjer namen ze monsters op twee bergen, Schroeder Hill en het Roberts Massif, die elk ruim twee kilometer boven het zeeniveau verrijzen.

Het bezoek aan Schroeder Hill was extreem, zegt Byron Adams, de bioloog van de Brigham Young University in Provo, Utah, die het project leidde. Op de midzomerdag dat ze de bergen bezochten, lag de temperatuur bijna achttien graden onder het vriespunt. De graafmachine die de wetenschappers gebruikten om de bodemmonsters te nemen, dreigde door de huilende wind – die de sneeuw en het ijs langzaam doet verdampen en de bergen kaal houdt –  voortdurend opgetild en omgegooid te worden. De grond lag bezaaid met rossig vulkanisch gesteente dat door millennia van winderosie was gepolijst en van kleine putjes was voorzien.

Toen de wetenschappers de rotsen optilden, ontdekten ze dat de onderkant ervan was bedekt met witte laagjes van verschillende zouten: giftige kristallen van perchloraten, chloraten en nitraten. Perchloraten en chloraten zijn corrosieve zouten en zeer krachtige oxidatoren die in raketbrandstof en industriële bleekmiddelen worden gebruikt – en komen veel voor op het oppervlak van Mars. De zouten hadden zich in deze verbleekte Antarctische bergen kunnen ophopen omdat ze nooit door water werden weggespoeld.

“Het voelde aan alsof je bodemmonsters op Mars nam,” zegt Adams. “Als je daar een schep in de grond steekt, weet je dat je de allereerste bent die deze bodem in ik weet niet hoeveel jaar, misschien wel miljoenen jaren, verstoort.”

De onderzoekers gingen ervan uit dat ze zelfs op de hoogst gelegen en meest onherbergzame plekken in deze bergen nog altijd een paar levende microben in de bodem zouden vinden. Maar die veronderstelling werd eind 2018 ontkracht, toen Dragone een speciale techniek gebruikte – de polymerasekettingreactie (PCR; ‘polymerase chain reaction’ – om het DNA van microben in de grond te vinden. Hij testte 204 bodemmonsters uit berggebieden rond de hele gletsjer. De monsters uit lager gelegen en minder koude locaties leverden veel DNA op, maar een groot deel (twintig procent) van de monsters uit hoger gelegen gebied, waaronder de meeste die op Schroeder Hill en in het Roberts Massif waren verzameld, leverden geen enkel resultaat op, wat erop wees dat ze inderdaad een verwaarloosbaar aantal of zelfs helemaal geen microben bevatten.

“Toen hij me de eerste uitslagen liet zien, dacht ik bij mezelf: dit klopt niet,” zegt Fierer. Hij was ervan overtuigd dat er iets mis was met de bodemmonsters of met de apparatuur.

Dragone liet een hele batterij aanvullende experimenten op de bodemmonsters los, om tekenen van leven te vinden. Hij doordrenkte de monsters met glucose om te zien of levende organismen in de grond deze stof zouden omzetten in kooldioxide. Hij probeerde ATP te detecteren, een chemisch bestanddeel dat door al het leven op aarde wordt gebruikt om energie op te slaan. En hij bevochtigde stukjes grond met een cocktail van voedingsstoffen en liet ze maandenlang staan om de eventueel aanwezige levensvormen aan te zetten tot het vormen van kolonies.

“Nick heeft werkelijk alles op deze bodemmonsters losgelaten,” zegt Fierer. Maar ondanks al die tests vond hij in sommige bodemmonsters geen enkel teken van leven. “Dat was een grote verrassing.”

Kijk hoe zeeluipaarden spelen en jagen in Antarctica
Hier zie je hoe National Geographic fotograaf Paul Nicklen duikt met deze gevaarlijke dieren, waar veel misverstanden over bestaan.

Zit er echt geen leven in?

Jacqueline Goordial, milieumicrobiologe aan de University of Guelph in Canada, vindt de resultaten “fascinerend”, vooral de pogingen van Dragone om precies vast te stellen welke factoren een rol spelen bij de kans op het vinden van sporen van leven in de bodemmonsters. Hij ontdekte dat de afwezigheid van enige waarneembare vorm van leven vooral optrad op hooggelegen locaties met een hoog gehalte aan chloraatzouten. “Dat is een zeer interessante vondst,” zegt Goordial. “Want het vertelt ons veel over de limieten van het leven op aarde.”

Minder overtuigd is ze van het idee dat de bodemmonsters geen enkele vorm van leven bevatten, deels op grond van haar eigen ervaringen in een ander deel van Antarctica.

Enkele jaren geleden bestudeerde ze bodemmonsters uit een soortgelijke omgeving in het Transantarctisch Gebergte, een plek die zo’n achthonderd kilometer ten noordwesten van de Shackleton Glacier lag en University Valley wordt genoemd. In dit gebied is de bodem waarschijnlijk al 120.000 jaar lang nooit bevochtigd of ontdooid geweest. Ook de bodems in dit gebied vertoonden geen enkel teken van leven nadat Goordial ze twintig maanden lang bij een aangename –5°C – een gebruikelijke zomertemperatuur in die vallei – had opgeslagen. Maar toen ze de bodemmonsters tot net boven het vriespunt opwarmde, vertoonden meerdere ervan bacteriële groei.

De vraag of deze bodemmonsters leven bevatten, hangt af van de vraag hoe je ‘leven’ definieert.

Zo hebben wetenschappers bacteriële cellen in de bodem gevonden die nog in leven waren nadat ze duizenden jaren in gletsjerijs opgesloten hadden gezeten. Terwijl ze daar vastzitten, kunnen dit soort cellen hun eigen stofwisseling een miljoenmaal vertragen. Ze komen in een toestand waarin ze niet meer groeien en niets anders doen dan het repareren van de minieme beetjes DNA-schade die ze oplopen door de inwerking van kosmische straling die door het ijs dringt. Goordial denkt dat het misschien dit soort “trage overlevers” zijn geweest die zij in University Valley heeft aangetroffen en vermoedt dat Dragone en Fierer deze cellen eveneens op Schroeder Hill en in het Roberts Massif zullen vinden als ze tienmaal meer bodemmonsters zouden analyseren.

Speuren naar leven op Mars

Brent Christner, die aan de University of Florida in Gainesville onderzoek doet naar Antarctische microben, denkt dat bodemsoorten op deze hooggelegen en kurkdroge plekken de speurtocht naar leven op Mars kunnen helpen verfijnen.

Hij wijst erop dat de sondes Viking I en II, die in 1976 op Mars landden, experimenten bij zich hadden waarmee levensvormen gedetecteerd konden worden. De methoden die daarvoor gebruikt werden, waren deels gebaseerd op onderzoek naar laaggelegen bodemsoorten in de buurt van de Antarctische kust, een regio die als de Dry Valleys wordt aangeduid. Sommige van die bodemsoorten worden in de zomer vochtig door kleine hoeveelheden smeltwater en bevatten niet alleen microben maar soms ook minuscule wormpjes en andere organismen.

Vergeleken met die bodemsoorten vormen de hoger gelegen en drogere bodemsoorten van het Roberts Massif en Schroeder Hill waarschijnlijk betere analogieën voor instrumenten die naar Mars worden gestuurd.

“De bovenste bodemlagen van het Mars-oppervlak zijn afgrijselijk,” zegt Christner. “We kennen geen organisme op aarde dat de omstandigheden daar kan overleven” – althans niet in de bovenste vijf centimeter. Elke sonde die daar op zoek gaat naar leven, moet worden voorbereid op de meest vijandige omgevingen die de aarde heeft te bieden.

Dit artikel werd oorspronkelijk in het Engels gepubliceerd op NationalGeographic.com

Lees meer

Ontdek Nat Geo

  • Dieren
  • Milieu
  • Geschiedenis en Cultuur
  • Wetenschap
  • Reizen
  • Fotografie
  • Ruimte
  • Video

Over ons

Abonnement

  • Abonneren
  • Schrijf je in
  • Shop
  • Disney+

Volg ons

  • Gebruiksvoorwaarden
  • Privacyverklaring
  • Cookiebeleid
Copyright © 1996-2015 National Geographic Society. Copyright © 2015-2017 National Geographic Partners, LLC. Alle rechten voorbehouden.