Princeton-onderzoekers hebben een kolonie bacteriën ontdekt die meer dan 3 km onder de grond leeft. Door het leven in deze extreme omstandigheden te vinden, vergroten wetenschappers hun begrip van wat voor gewoonten het leven kunnen ondersteunen.
Een door Princeton geleide onderzoeksgroep heeft een geïsoleerde gemeenschap van bacteriën ontdekt, bijna twee mijl onder de grond, die al zijn energie ontleent aan het verval van radioactieve rotsen in plaats van aan zonlicht. Volgens leden van het team suggereert de bevinding dat het leven zou kunnen bestaan in vergelijkbare extreme omstandigheden, zelfs op andere werelden.
De zelfvoorzienende bacteriegemeenschap, die gedijt in voedingsrijk grondwater in de buurt van een Zuid-Afrikaanse goudmijn, is al miljoenen jaren geïsoleerd van het aardoppervlak. Het vertegenwoordigt de eerste groep microben waarvan bekend is dat ze uitsluitend afhankelijk zijn van geologisch geproduceerde waterstof- en zwavelverbindingen voor voeding. De extreme omstandigheden waaronder de bacteriën leven, lijken op die van de vroege aarde en bieden mogelijk inzicht in de aard van organismen die lang voordat onze planeet leefde een zuurstofatmosfeer hadden.
De wetenschappers, die afkomstig zijn van negen samenwerkende instellingen, moesten 2,8 kilometer onder het oppervlak van onze wereld graven om deze ongebruikelijke microben te vinden, wat de wetenschappers ertoe bracht te speculeren dat leven zou kunnen bestaan in vergelijkbare omstandigheden elders in het zonnestelsel.
"Wat mijn sappen echt laat stromen, is de mogelijkheid van leven onder het oppervlak van Mars", zegt Tullis Onstott, een professor in de geologie van de Princeton University en leider van het onderzoeksteam. “Deze bacteriën zijn miljoenen jaren lang van het aardoppervlak afgesneden, maar gedijen goed in omstandigheden die de meeste organismen als onherbergzaam voor het leven zouden beschouwen. Kunnen deze bacteriële gemeenschappen zichzelf onderhouden, wat er ook aan de oppervlakte gebeurt? Als dat zo is, wordt de kans groter dat organismen zelfs op planeten kunnen overleven waarvan het oppervlak al lang levenloos is geworden. '
Het team van Onstott publiceerde de resultaten in het nummer van 20 oktober van het tijdschrift Science. De onderzoeksgroep bestaat uit eerste auteur Li-Hung Lin, die veel van de analyses uitvoerde als doctoraatsstudent bij Princeton en vervolgens als postdoctoraal onderzoeker bij de Carnegie Institution.
"Deze bacteriën zijn echt uniek, in de puurste zin van het woord", zegt Lin, nu verbonden aan de National Taiwan University. "We weten hoe geïsoleerd de bacteriën zijn omdat analyses van het water waarin ze leven hebben aangetoond dat het erg oud is en niet is verdund door oppervlaktewater. Bovendien ontdekten we dat de koolwaterstoffen in het milieu niet zoals gewoonlijk afkomstig zijn van levende organismen, en dat de bron van de waterstof die nodig is voor hun ademhaling afkomstig is van de ontbinding van water door radioactief verval van uranium, thorium en kalium. ”
Omdat het grondwater dat het team heeft bemonsterd om de bacteriën te vinden, uit verschillende bronnen komt, blijft het moeilijk om specifiek te bepalen hoe lang de bacteriën zijn geïsoleerd. Het team schat het tijdsbestek ergens tussen de drie en 25 miljoen jaar, wat betekent dat levende wezens nog flexibeler zijn dan ooit werd gedacht.
"We weten verrassend weinig over de oorsprong, evolutie en grenzen van het leven op aarde", zegt biogeochemist Lisa Pratt, die de bijdrage van Indiana University Bloomington aan het project leidde. 'Wetenschappers beginnen nu pas met het bestuderen van de diverse organismen die in de diepste delen van de oceaan leven, en de rotsachtige korst op aarde is vrijwel onontgonnen op diepten van meer dan een halve kilometer onder het oppervlak. De organismen die we in dit artikel beschrijven, leven in een compleet andere wereld dan die we aan de oppervlakte kennen. ”
Die ondergrondse wereld, zei Onstott, is een lichtloze plas heet, onder druk staand zout water dat stinkt naar zwavel en schadelijke gassen die mensen onaantastbaar zouden vinden. Maar de nieuw ontdekte bacteriën, die in de verte verwant zijn aan de Firmicutes-divisie van microben die bestaan in de buurt van onderzeese hydrothermale ventilatieopeningen, gedijen daar.
"De straling zorgt voor de productie van veel zwavelverbindingen die deze bacteriën kunnen gebruiken als een energierijke voedselbron", aldus Onstott. "Voor hen is het alsof ze chips eten."
Maar de komst van het onderzoeksteam bracht één substantie in de ondergrondse wereld die, hoewel essentieel voor het voortbestaan van de mens, dodelijk was voor de microben - lucht van het oppervlak.
'Deze beestjes lijken een echt probleem te hebben met blootstelling aan zuurstof', zei Onstott. "We kunnen ze niet in leven houden nadat we ze hebben uitgeprobeerd. Maar omdat deze omgeving zo veel lijkt op de vroege aarde, geeft het ons grip op wat voor soort wezens er zouden hebben bestaan voordat we een zuurstofatmosfeer hadden. ”
Onstott zei dat vele honderden miljoenen jaren geleden enkele van de eerste bacteriën ter wereld mogelijk onder vergelijkbare omstandigheden gedijen en dat de nieuw ontdekte microben licht zouden kunnen werpen op onderzoek naar de oorsprong van het leven op aarde.
'Deze bacteriën bevinden zich waarschijnlijk dicht bij de basis van de boom voor het bacteriële domein van het leven', zei hij. 'Ze zijn genealogisch vrij oud. Om erachter te komen, zullen we ze moeten vergelijken met andere organismen zoals Firmicutes en andere dergelijke warmteminnende wezens uit diepzee-openingen of warmwaterbronnen. ”
Het onderzoeksteam bouwt een klein laboratorium op 3,8 kilometer onder de oppervlakte in de Witwatersrand-regio van Zuid-Afrika om verder onderzoek te doen naar het nieuw ontdekte ecosysteem, zei Onstott, die hoopt dat de bevindingen nuttig zullen zijn wanneer toekomstige ruimtesondes worden gestuurd om leven te zoeken op andere planeten.
'Een grote vraag voor mij is: hoe ondersteunen deze wezens zichzelf?' Onstott zei. “Is deze ene bacteriestam geëvolueerd om alle eigenschappen te bezitten die het nodig heeft om zelfstandig te overleven, of werken ze met andere soorten bacteriën? Ik weet zeker dat ze nog meer verrassingen voor ons zullen hebben en dat ze ons op een dag kunnen laten zien hoe en waar we elders naar microben kunnen zoeken. "
Andere auteurs van dit werk zijn onder meer Johanna Lipmann-Pipke van GeoForschungsZentrum, Potsdam, Duitsland; Erik Boice van Indiana University; Barbara Sherwood Lollar van de Universiteit van Toronto; Eoin L. Brodie, Terry C. Hazen, Gary L. Andersen en Todd Z. DeSantis van het Lawrence Berkeley National Laboratory, Berkeley, Californië; Duane P. Moser van het Desert Research Institute, Las Vegas; en Dave Kershaw van de Mponeng Mine, Anglo Gold, Johannesburg, Zuid-Afrika.
Pratt en Onstott werken al jaren samen als onderdeel van het Indiana-Princeton-Tennessee Astrobiology Institute (IPTAI), een door NASA gefinancierd onderzoekscentrum dat zich richt op het ontwerpen van instrumenten en sondes voor levensdetectie in rotsen en diep grondwater op aarde tijdens de planning voor ondergrondse verkenning van Mars. IPTAI's aanbevelingen aan NASA zijn gebaseerd op bevindingen die zijn besproken in het Science-rapport.
Dit werk werd ook ondersteund door subsidies van de National Science Foundation, het Amerikaanse Department of Energy, de National Science Council of Taiwan, de Natural Sciences and Engineering Research Council of Canada, Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG, German Research Foundation) en het Killam Fellowships Program .
Oorspronkelijke bron: Princeton University News Release
