20 september 2021

Wat voor levensvormen zouden kunnen overleven op Mars?

streaks on Mars

Credit: NASA/JPL-Caltech/Univ. of Arizona

Gisteren heeft NASA onze hoop voor leven op Mars nieuw leven ingeblazen, door te verkondigen dan men voor het eerst direct bewijs heeft gevonden voor vloeibaar water op de Rode Planeet. Maar voordat we onze fantasie de vrije loop laten en gaan fantaseren over ruimtekrabben en reptilians, moeten we niet vergeten dat Mars een ijskoude wereld met een dunne atmosfeer is. Dat roept een voor de hand liggende vraag op: wat voor levensvormen zouden er werkelijk kunnen leven?Zouden er vandaag de dag levensvormen op Mars bestaan, dan zijn die vrijwel zeker microbieel van aard. Maar verder kunnen we nergens zeker van zijn, tenzij we een Martiaanse microbe opgraven en bestuderen – dat zit er voorlopig helaas niet in. Toch kunnen extreme vormen van leven op onze eigen planeet ons meer vertellen over het potentiële leven op Mars.Volgens NASA hebben we “het beste bewijs ooit” gevonden voor vloeibaar water dat seizoensgebonden over het Marsoppervlak stroomt. Dit bewijs is gekomen in de vorm van een spectroscopische analyse, waaruit is gebleken dat de donkere strepen die op kraterwanden gevonden kunnen worden rijk zijn aan gehydrateerde perchlorate zouten.Opgeloste zouten vormen één van de beste manieren om water vloeibaar te houden, zelfs als de temperatuur onder het vriespunt daalt. Perchlorate zouten, die bestaan uit chloor- en zuurstofatomen die aan allerlei andere atomen verbonden zijn, doen hun antivrieswerk beter dan de meeste zouten. Van bepaalde soorten perchloraten weten we dat ze water vloeibaar kunnen houden bij een temperatuur van -70 graden Celsius!

Donkere strepen, de zogenaamde reccurring slope lineae, aan de wand van de Garni-krater op Mars.

Donkere strepen, de zogenaamde reccurring slope lineae, aan de wand van de Garni-krater op Mars. Credit: NASA/JPL-Caltech/Univ. of Arizona

Goed, wetenschappers denken nu dat op Mars (van tijd tot tijd) pekelwater langs kraterwanden naar beneden stroomt. Als dit water verdampt, worden zoutafzettingen achtergelaten. Waar dat water precies vandaan komt, is nog niet duidelijk. Mogelijk is het water afkomstig uit ondergrondse reservoirs, maar het is ook mogelijk dat de perchloraten het water letterlijk uit de lucht “trekken”.Voordat we dieper gaan in onze biologische speculatie, is het belangrijk om te onthouden dat dit pekelwater wellicht te extreem is voor iedere vorm van leven. Ook op aarde bestaan er pekelwaters die te zout zijn voor welke vorm van leven dan ook. Een mooi voorbeeld is het Don Juan-meer op Antarctica. Maar het Martiaanse pekelwater is zelfs zouter dan het (calciumchloride-)pekel in het Don Juanmeer!Desondanks is dit pekelwater een uitstekend startpunt om te fantaseren wat voor habitats zouden kunnen bestaan op Mars en de aanpassingen die het leven nodig heeft om daar te overleven. De vraag is dus: wat voor levensvormen kunnen overleven in ijskoud en hyperzout water? De laatste jaren hebben wetenschappers allerlei halofiele (zoutminnende) en psychrofiele (koudeminnende) microben ontdekt op onze eigen planeet. We hebben zelfs een paar psychrohalofiele (je raad het al: kou-zoutminnende) microben gevonden, die gedijen in de superzoute pekelmeren op Antarctica. Deze microben hebben een minimale temperatuur van -12 C nodig voor celdeling en een temperatuur van zo’n -20 voor het in stand houden van een basisstofwisseling. Eén psychrohalofiel, Psychromonas ingrahamii, kan groeien bij een temperatuur van -20 en een zoutgehalte van 20 procent.

Foto van psychrofielen in Antarctisch pekelwater, gemaakt met een elektronenmicroscoop.

Foto van psychrofielen in Antarctisch pekelwater, gemaakt met een elektronenmicroscoop.  Credit: Christian H. Fritsen, Desert Research Institute

Hoe kunnen aardse microben overleven in zo’n omgeving? Om te voorkomen dat ze verschrompelen als een slak in het zout, verzamelen halofielen actief zoutdeeltjes en nemen deze op. Op die manier kan de osmose-gradiënt weer de goede kant op stromen (m.a.w. water stoomt je cel binnen in plaats van eruit). Dit heeft als extra voordeel dat het water in de cel niet bevriest, want dat zou een stofwisseling nogal onmogelijk maken.Naast de zoutbalans hebben aardse psychrofiele microben nog meer aanpassingen om te overleven in de eeuwige vrieskou. Zo zijn psychrofiele celmembranen meestal rijk aan onverzadigde vetzuren t.o.v. verzadigde vetzuren (denk aan olijfolie vs. boter) en bevatten ze extra transporteiwitten om materialen te absorberen of juist kwijt te raken. Daarnaast hebben ze enzymen die structureel gezien veel flexibeler zijn dan bij hun verwanten in warmere oorden. Sommige van deze “kleine diertgens” (naar Anthoni van Leeuwenhoek) produceren zelfs antivries-eiwitten om te voorkomen dat binnen de cel ijskristallen ontstaan.

Fysiologische aanpassingen van een psychrofiel.

Fysiologische aanpassingen van een psychrofiel. Credit: Maayer et al. 2014

Ten slotte heeft genetisch onderzoek uitgewezen dat psychrofielen veel “mobiele DNA-elementen” bevatten – genen die koude-adaptieve eigenschappen coderen en tussen individuele microben uitgewisseld kunnen worden. Stel dat jij een psychrofiel in Antarctisch pekelwater zou zijn, maar je mist een bepaald eiwit dat cruciaal is om te overleven? Geen probleem: je kunt de noodzakelijke genetische blauwdruk zonder problemen van je buurman krijgen.De aanpassingen van psychrohalofielen op aarde laten zien welke eigenschappen Martiaanse microben zouden moeten hebben. Maar met die aanpassingen ben je er nog niet! Mars bevat namelijk aanvullende uitdagingen voor het leven, zoals bijvoorbeeld het feit dat het oppervlak van de Rode Planeet (bij gebrek aan een ozonlaag )wordt gezandstraald door steriliserende UV-straling. Verder zijn de perchlorate zouten in het Marswater zeer corrosief (bijtend) en giftig voor het meeste aardse leven.

toxic wasteland

credit: NASA/JPL-Caltech/University of Arizona

Samengevat zouden Martiaanse microben een manier moeten vinden om te overleven in een giftige, door straling gevulde woestenij. Eén manier om de straling te ontwijken is door ondergronds te gaan. Misschien zijn de perchlorate strepen het gevolg van ondergrondse waterbronnen en misschien vormen die waterbronnen een stralingsvrije toevluchtsoord. Maar in de persconferentie heeft NASA gisteren gezegd dat het water een andere herkomst zou kunnen hebben. Het zou namelijk kunnen dat het pekelwater ontstaan is door het proces van deliquescentie, waarbij zouten letterlijk water uit de lucht trekken. Het is lastig om voor te stellen dat iets kan leven in zoutwater dat uit de lucht condenseert en niet veel later weer verdampt. Maar het is wellicht niet onmogelijk – ook dit keer kunnen we analoge situaties op aarde aantreffen. In de Atacamawoestijn, één van de droogste en UV-rijkste omgevingen op aarde, hebben wetenschappers microben aangetroffen die leven in dunne waterfilms aan het oppervlak van zoutkristallen. Deze waterfilms zijn vermoedelijk door middel van deliquescentie ontstaan.

microbes atacama

Credit: Parro et al./CAB/SINC

De (wellicht) belangrijkste reden waarom astrobiologen de levensvatbaarheid van Marswater met een korrel zout (hihi 😛 ) nemen, is het feit dat perchloraten een lage “wateractiviteit” hebben. Dat betekent dat het water voor het leven niet gemakkelijk te gebruiken is. Oh ja, naast een lage wateractiviteit zijn perchloraten ook ronduit giftig voor het leven op aarde.Toch zouden we ruimdenkend moeten blijven: zoals het leven op aarde ons keer op keer heeft laten zien, hebben levensvormen een verbazingwekkend vermogen om zich aan te passen aan giftige omstandigheden. Er zijn wezentjes die kunnen overleven in het supercorrosieve afvalwater van mijnen en zelfs in arsenicum-meren. Microbiologen hebben zelfs bewijs gevonden dat bepaalde bacteriële enzymen in staat zijn om perchloraten onschadelijk(er) te maken – gewoon hier op aarde.Als we het perchlorate pekelwater even helemaal vergeten, dan zou Mars nog meer leefbare habitats kunnen bevatten. Een mooi voorbeeld zijn ondergrondse waterpaketten, die vloeibaar blijven door de inwendige hitte van de planeet en dus geen perchloraten nodig hebben. Bovendien zullen levende wezens op die manier beschermd zijn tegen UV-straling.

Definitief bewijs voor vloeibaar water op de Rode Planeet hoeft niet persé te betekenen dat er leven is op Mars. Maar het levert wel tastbare hoop op…..immers, overal waar we vloeibaar water vinden zou leven kunnen zijn. Voorlopig zijn we echter niet staat om te speuren naar leven op Mars. Wellicht dat de volgende Marsrover, die rond 2020 gelanceerd zal worden, kan zoeken naar “chemische fossielen” of andere aanwijzingen voor leven. Tot die tijd kunnen we weinig meer doen dan speculeren. Maar over één ding kunnen we zeker zijn: als we leven vinden op Mars, dan zou dat de grootste ontdekking zijn die de mensheid ooit gedaan heeft.

8CsL8qS

Bron: Gizmodo

Comments

  1. Waaruit word geconcludeerd dat pekelwater op Mars zouter is dan pekel in het Don Juanmeer?

    • Enceladus zegt

      De spectografie, neem ik aan. Plus de bekende temperaturen op het Marsoppervlak. Als je weet hoe ‘warm’ het maximaal wordt, dan weet je ook hoe zout het water moet zijn om toch nog vloeibaar te kunnen zijn bij die lage temperaturen.

      groet,
      Gert (Enceladus)

      • Slechts de temperatuur van het vloeibare water is voldoende om terug te rekenen hoeveel opgeloste stof (zout) in het water moet zitten.

        https://nl.wikipedia.org/wiki/Cryoscopische_constante
        Per opgeloste mol stof (per kilogram water) is de vriespuntsdaling 1,86 ° C
        De gemeten vriespuntsverlaging is 23°C , dan moeten er per kg water zo’n 12.4 mol(deeltjes) zijn opgelost.

        [ Indien het opgeloste zout “gewoon keukenzout ” zou zijn, zou dat neerkomen op een massa van zo’n 400gram/kg water. Maar zo goed oplosbaar is keukenzout nu ook weer niet in water, bij zulke lage temperaturen. ]
        [ voor NatriumPerchloraat zou het neerkomen op een massa van 750 tot 1500gr NaClO4 per kg water(afhankelijk van de splitsing in ionen, waarover ik geen kennis heb van deze specifieke stof bij deze temperatuur. NaClO4 kan oplossen tot 2kg/kg water, dus niet onmogelijk…
        Of op Mars juist NatriumPerchloraat of een ander (Mg / Ca ? ) Perchloraat bevat is mij ook onbekend, maar kennelijk heeft NASA wel dergelijke gegevens ! }

        Het Don Juanmeer heeft een zoutconcentratie van zo’n 40 %.
        In mijn bovenstaande berekening zou de zoutconcentratie** van “een NaClO4 stroompje op Mars” zo’n 75 tot 150 % kunnen bedragen….
        Inderdaad wat hoger.

        Groet, Paul

        .
        ** zie definitie : https://nl.wikipedia.org/wiki/Saliniteit

Speak Your Mind

*

Deze website gebruikt Akismet om spam te verminderen. Bekijk hoe je reactie-gegevens worden verwerkt.