Mogelijke microben in Marianentrog hinten naar leven op maan van Jupiter

Tijdens de 2012 DEEPSEA CHALLENGE, een expeditie naar het diepste deel van de oceaan, ontdekten wetenschappers donzige matten tegen de rotsen, die wel eens levensgemeenschappen van bacteriën zouden kunnen zijn.

Monday, May 18, 2020,
Door Nadia Drake
Tijdens de 2012 DEEPSEA CHALLENGE-expeditie naar de Marianentrog werden vezelachtige structuren ontdekt, waarvan men vermoedt dat ...

Tijdens de 2012 DEEPSEA CHALLENGE-expeditie naar de Marianentrog werden vezelachtige structuren ontdekt, waarvan men vermoedt dat het een bacteriologische levensgemeenschap is. De structuren bevonden zich op een dagzomende aardlaag in de Sirena Deep, iets minder dan 11.000 meter beneden zeeniveau.

Foto van Kevin Peter Hand

Wanneer wetenschappers op zoek gaan naar leven in de meest onbewoonbare plekken op aarde – zure warmwaterbronnen, verstikkende ondergrondse kamers en honderd miljoen jaar oude rotsenop de zeebodem – stuiten ze vaak op micro-organismen die zich aan de extreme omstandigheden hebben aangepast. En door het onderzoek van de DEEPSEA CHALLENGE-expeditie naar de bodem van de Marianentrog wordt er nu vermoed dat de diepste delen van de oceaan ook wel eens de bakermat van verschillende groepen organismen zouden kunnen zijn.

Toen ze met een robot een deel van de trog met de naam Sirena Deep aan het verkennen waren, vonden de wetenschappers iets wat volgens hen duidt op een welig tierende bacteriologische levensgemeenschap, vastgeplakt tegen de rotsen diep in de trog. Het is niet de eerste keer dat er microben en andere grotere organismen, zoals garnaalachtige vlokreeften, worden gevonden in de modder van de Marianentrog. Maar in tegenstelling tot andere levende wezens die zich in deze wateren ophouden en die zich voeden met de ‘zeesneeuw’ van dode organismen en puin dat naar de bodem van de oceaan zinkt, lijken deze microben zich in leven te houden met de chemicaliën die worden geproduceerd op het moment dat de rotsen op de zeebodem reageren met water, verklaart het team in het vakblad Deep-Sea Research I.

Omdat ze niet afhankelijk zijn van andere levensvormen die boven ze rondzwemmen, zouden deze donzige matten - die zich vasthechten aan rotsachtige uitsteeksels van de aardlaag - inzicht kunnen geven in het soort buitenaardse wezens dat zou kunnen overleven in de diepe oceanen van manen in de buitenste delen van het zonnestelsel, zoals Jupiter’s maan Europa of Enceladus, de maan van Saturnus.

“Dit is een inkijkje in hoe er mogelijk op dit moment leven kan bestaan miljarden kilometers bij ons vandaan,” zegt mede-auteur van het onderzoek, filmmaker en National Geographic Explorer James Cameron in een e-mail. “En misschien ook wel een terugblik in de tijd, vier miljard jaar, naar het begin van het leven.”

De microben zijn waarschijnlijk de diepste chemosynthetische levensgemeenschap die ooit is ontdekt. Ze voeden zich met de moleculen die vrijkomen tijdens geologische processen meer dan tien kilometer beneden zeeniveau. “De ontdekking van dit veronderstelde bacteriologische ecosysteem dat gedijt op chemosynthese in de diepste, donkerste regio van de oceaan waar de druk het hoogst is, geeft inzicht in de mogelijke bewoonbaarheid van de oceaan van de maan Europa,” zegt Kevin Hand, astrobioloog bij de NASA, National Geographic Explorer en hoofdauteur van het nieuwe onderzoek.

Hand en andere specialisten manen echter tot voorzichtigheid en geven aan dat de ontdekking, die is gebaseerd op beelden van de zeebodem en monsters van water en sediment, moet worden bevestigd door het onderzoeken van een monster van het vezelige materiaal.

“Ze hebben geen monster van de mat zelf genomen,” zegt geomicrobioloog Jenn Macalady van de Amerikaanse Pennsylvania State University. Macalady, die geen deel uitmaakt van het nieuwe onderzoek, heeft in onderwatergrotten bacteriologische levensgemeenschappen ontdekt die lijken op de gemeenschappen van dit onderzoek. Maar, zo zegt ze, het is zeer waarschijnlijk dat de donzige lappen levend zijn.

“Ik ben op zoveel donkere, ondergrondse plekken dingen tegengekomen die er zo uitzien,” zegt ze. “Het lijkt precies op slijm dat ik in ondergelopen grotten in het Caribisch gebied heb gezien.”

Reis naar de bodem van de oceaan

De Marianentrog, in de buurt van Guam in het westelijk gedeelte van de Pacifische Oceaan, is een kronkelende kloof op de tektonische breuk waar de gigantische Pacifische Plaat onder de kleinere Marianenplaat duikt. De trog is zo diep dat als je Mount Everest op de bodem zou plaatsen, de top nog altijd bijna twee kilometer onder de golven van de oceaan zou liggen. Om in de trog te overleven moet je opgewassen zijn tegen permanente duisternis, temperaturen net boven het vriespunt en een luchtdruk die meer dan 1000 keer hoger is dan aan de oppervlakte.

In 2012 maakten Hand en Cameron deel uit van een expeditie naar de wateren boven de Marianentrog, gefinancierd door National Geographic. Tijdens deze reis maakte Cameron de eerste soloduik naar het diepste gedeelte van de trog, Challenger Deep genaamd. Op de bodem, 10.908 meter beneden zeeniveau, trof hij een ongekend eentonig zeelandschap aan, gedomineerd door drijvende beige sedimenten en met maar heel weinig tekenen van leven.

“We konden weinig zichtbaar leven ontdekken op de bodem van Challenger Deep,” zegt Cameron. Maar op een later moment tijdens dezelfde expeditie liet het team in de Sirena Deep een op afstand bestuurde robot ter grootte van een telefooncel in het water zakken. Dit aangrenzende deel van de trog kent diepten tot 10.676 meter en is de op twee na diepste plek in de oceaan. De wetenschappers richtten hun pijlen op deze plek vanwege de seismische en mogelijk ook vulkanische activiteit en omdat dit deel van de trog vanwege oceaanstromen waarschijnlijk meer voedingsstoffen bevat dan andere delen.

Al deze kenmerken samen duiden erop dat de Sirena Deep mogelijk “een vitaler biologisch leven kent dan andere plaatsen langs de Marianentrog,” zegt Patricia Fryer van de University of Hawaii, mede-auteur van het nieuwe onderzoek die dit gedeelte van de trog nauw heeft bestudeerd.

Chemische reactie op grote diepte

Toen de robot stil bleef hangen op een talud onthulden de boordcamera’s de eerste tekenen van iets anders dan slechts modderig sediment vlakbij de bodem van de trog. De diepzeerobot had een stapel rotsen ontdekt, mogelijk een dagzomende aardlaag die door de sedimenten heen piept of een berg puinkegels die van een hoger gelegen klif zijn afgevallen. Hoe dan ook, de stenen zouden zijn ontstaan in de oven van de mantel van de aarde en door de schuivende korst naar boven zijn geduwd.

“Tot deze duik was er geen indicatie dat er daadwerkelijk origineel gesteente – aardlagen of puinkegels – was op die diepte. “En dat is belangrijk omdat we de geologische en geochemische context willen begrijpen van de dingen die mogelijke bacteriologische ecosystemen daar diep beneden helpen om te overleven.”

Zonder zonlicht voor fotosynthese hebben microben een paar carrière-opties. “Je kunt recycler worden en op voedsel kauwen dat iemand al voor je heeft klaargemaakt” – zoals voedsel dat vanuit de verlichte wateren aan de oppervlakte naar beneden is gedreven – “of je kunt leven van rotsen en dingen die in het water zijn opgelost,” zegt Macalady.

Het soort microbe uit de eerste categorie werd decennia geleden ontdekt in de Marianentrog. Maar het nieuwe onderzoek levert bewijs voor microben uit de tweede categorie, die leven van chemische reacties met de rotsen.

In grotten en andere donkere hoeken van de planeet waar ijzer- en magnesiumrijke rotsen in aanraking komen met zeewater, doet zich een chemische reactie voor die serpentinisatie heet, waarvan we weten dat het bacteriologische metabolismen van energie voorziet. Bij de reactie komt een klein beetje warmte vrij, waardoor verbindingen zoals methaan en hydrogeen worden gevormd die als voedsel kunnen dienen voor bacteriologische metabolismen.

“Bacteriële levensgemeenschappen die zich voeden door middel van serpentinisatie, zijn een verhaal apart en deze kunnen zelfs overleven op plekken waar levende wezens die afhankelijk zijn van zonlicht dat niet kunnen,” zegt Cameron.

Het team ontdekte duidelijke tekenen van serpentinisatie in de rotsen van de Sirena Deep, zowel in de samenstelling van het zeewater als in de zichtbare veranderingen in de rotsen zelf. Die plek lijkt dus de brandstof te hebben die nodig is voor microben die afhankelijk zijn van chemosynthese. En hoewel de druk in dit deel van de oceaan hoog genoeg is om een militaire onderzeeër samen te persen, zijn microben zo klein dat deze extreme krachten “ze worst zullen wezen,” zegt Penelope Boston, astrobiologe bij NASA’s Ames Research Center, die niet bij het onderzoek betrokken was.

Een monster van de Sirena Deep, gezien door een rasterelektronenmicroscoop. Fijne vezels kunnen worden waargenomen samen met koolstofrijke structuren, wat wordt geïnterpreteerd als mogelijk bewijs voor bacteriologische groepen.

Foto van Kevin Peter Hand

Foto’s van leven

Toen het team inzoomde op foto’s die de robot had gemaakt, sprong iets opmerkelijks in het oog: groenige, hangende, vingerachtige vezels die tegen de rotsen vastgeplakt zaten. Het team vermoedt dat deze verzameling vezels een bacteriologische mat is, een ingewikkelde structuur van vele lagen bacteriën.

“In het begin noemden we ze de behaarde rotsen van de Sirena Deep, omdat het lijkt op een woelige baard op de bodem van de oceaan,” aldus Hand.

Het team vermoedt dat als dit daadwerkelijk bacteriologische matten zijn, deze zich slechts voeden met de chemische bijproducten van serpentinisatie en dat ze om te overleven niet afhankelijk zijn van materie dat van de oppervlakte naar beneden drijft. De microben hebben alleen energie en chemicaliën nodig die door geologische processen op de zeebodem worden geproduceerd, en zouden daarom wel eens vergelijkbaar kunnen zijn met het eerste leven op aarde – of met microben die zouden kunnen bestaan in de met ijs bedekte oceanen van Jupiter’s maan Europa. In die oceaan, zegt Hand, gaat het water tot wel 160 kilometer diep, maar door de lagere zwaartekracht van de maan is de druk ongeveer hetzelfde als op de zeebodem van de aarde.

“De Sirena-ontdekking vertelt ons veel over wat we zouden kunnen aantreffen in buitenaardse oceanen, maar het is slechts een tipje van de sluier,” zegt Cameron. “Door de grote dieptes van onze eigen oceaan te onderzoeken zullen we leren hoe we de middelen en instrumenten kunnen maken die nodig zijn om die buitenaardse diepe wateren te verkennen.”

De vermeende microben in de Marianentrog zouden zelfs de basis kunnen zijn van een voedselketen in het allerdiepste deel van de oceaan, aldus Hand, waarbij ze als voedsel dienen voor andere beestjes zoals garnaalachtige vlokreeften. Maar zonder een monster van de donzige materie zelf kunnen wetenschappers niet met absolute zekerheid zeggen dan de structuren levende microben zijn.

“Ik heb heel veel tijd doorgebracht met staren naar de zeebodem door de lens van een camera of patrijspoort of wat dan ook, denkende dat een voorwerp dit of dat was, en vaak had ik het mis,” zegt Julie Huber van het Woods Hole Oceanographic Institution, die geen deel uitmaakte van het onderzoek. “Het fysiek verkrijgen en onderzoeken van een monster is uitermate belangrijk.”

Verleidelijk bewijs van zeewater dat door de robot is meegenomen uit de diepten van de oceaan doet vermoeden dat er in de nabijheid van de donzige rotsen vele bacteriologische soorten leven – soorten die in andere delen van de diepe oceaan veel voorkomen, zoals leden van de Rhodobacteraceae-familie en de Shewanellaceae-familie.

“De Marianentrog is heel diep, maar het blijft een zeebodem,” aldus Boston. “Dus het is niet per sé een ander soort zeebodem, maar slechts een diepere zeebodem. Wat de microben betreft is het waarschijnlijk een fantastische plek om te leven.”

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

lees verder

Hoe onze oceanen de sleutel kunnen zijn tot het vinden van buitenaards leven

In zijn nieuwe boek stelt NASA-astrobioloog Kevin Hand dat we eerst de diepten van onze oceanen moeten verkennen als we buitenaards leven willen vinden.

Nieuw soort buitenaards ‘mineraal’ gemaakt op aarde

Dankzij de ontdekking kunnen onderzoekers meer te weten komen over wat er te vinden is op het vreemde oppervlak van Titan, een maan van Saturnus.

Is daar iemand? Hoe buitenaards leven in zicht komt.

Dát er leven voorkomt buiten onze aarde lijkt wel zeker. De grote vraag waarop wetenschappers zich nu hebben gestort: hoe ziet dat leven eruit en hoe vinden we het? Ze zijn verrassend dicht bij een antwoord.
Lees meer