6 juli 2022

Onze oceaanbodem bevat mogelijk belangrijke aanwijzingen voor het vinden van leven op Mars

Recent onderzoek van monsters afkomstig uit diepe spelonken van de oceaanbodem bevat mogelijk aanwijzingen voor het vinden van leven op Mars. Een internationaal onderzoeksteam o.l.v. Yohey Suzuki van de Universiteit van Tokyo heeft in deze monsters bacteriën ontdekt die zich ophielden in miniscule scheurtjes in vulkanisch gesteente van diep uit de oceaanbodem. Deze scheurtjes bevatten minerale kleiafzettingen waarin de microben genesteld zaten. Yohey Suzuki en zijn team, bestaande uit geologen, scheikundigen en biologen zijn zo’n tien jaar bezig geweest om de beste methode te vinden om de verzamelde oceaanbodemmonsters grondig te onderzoeken en kwamen recent met deze resultaten die mogelijk belangrijke aanwijzingen bevatten voor het vinden van leven op Mars.

Expeditie Zuid-Pacifische gyre
Het team van Suzuki ging in 2010 op pad, in het kader van het Integrated Ocean Drilling Program afgekort IODP. Deze onderneming werd ‘IODP Expeditie 329’ genoemd en de expeditieleider was Dr. Steven d’Hondt van de Universiteit van Rhode Island. De expeditie vond plaats in de Stille Oceaan en voer van het eiland Tahiti naar Nieuw-Zeeland. Onderweg deden ze drie verschillende locaties aan (deze bevonden zich bij de Zuid-Pacifische gyre, een ringvormige zeestroming) alwaar men voor anker ging. Vervolgens gebruikte het onderzoeksteam een 5,7 km lange buis die tot op de bodem reikte. Een boor aan het uiteinde kliefde zich 125 m door de oceaanbodem (een deel bestond uit modderafzetting en een deel uit massief gesteente) en verzamelde bodemmonsters. Ieder monster had een afmeting van 6,2 cm in diameter.

De onderzoekers vermoedden dat de rotsspleten in het bovenste deel van de oceaankorst, bacteriepopulaties bevatten die, net als in de menselijke ingewanden, heel dicht opeengepakt zitten, zo’n 10 miljard bacteriële cellen per kubieke cm. Ter vergelijk, de gemiddelde dichtheid van bacteriële cellen in bv modderafzettingen op de zeebodem wordt geschat op 100 cellen per kubieke cm. Het bovenste deel van de oceaankorst bestaat voornamelijk uit basaltische lava. Vulkanen onder water spuwen lava uit met een temperatuur van zo’n 1200 graden Celsius. Als deze lava afkoelt wordt het massief gesteente. Hoge temperatuur basalt-zeewaterreacties leveren aanzienlijke energie voor het in stand houden van het chemosynthetisch leven.

Bacteriën werden dicht opeengepakt gevonden in scheurtjes in onderwaterrotsen. Basalt is hier te zien in grijs, klei is oranje en de bacteriën zijn groen. Credits; Yohey Suzuki e.a. Universiteit van Tokyo

Kleimineralen
De miniscule scheurtjes, aangetroffen in dit massief gesteente, zijn kleiner dan 1 mm in diameter. Ze hebben zich in miljoenen jaren gevuld met kleimineralen. Bacteriën vinden hun weg naar de klei, waar ze zich kunnen vermenigvuldigen en grote populaties vormen. Dr. d’Hondt merkt op: “De voorouderlijke microben zijn waarschijnlijk binnengekomen met zeewater dat door de breuken in het basalt stroomt. De klei vormde zich door verandering van het basalt. Typisch oceanisch basalt is ongeveer 15% breuk als het jong is. Door deze breuken stroomt zeewater continu. Naarmate secundaire mineralen (zoals klei) in de breuken groeien, neemt het breukvolume af. Ondanks deze minerale groei, blijven sommige breuken open genoeg om het zeewater door het basalt te laten stromen gedurende vele tientallen miljoenen jaren (gedurende de volledige levensduur van meer dan 100 miljoen jaar van het basalt in onze studie).”

Suzuki noemt kleimineralen een soort ‘wieg voor leven’. Hij stelt: “Deze scheurtjes zijn een prima plek om leven te herbergen. Overal waar je kleimineralen aantreft op aarde, is het vrijwel zeker dat je hierin ook microben tegenkomt. De gevonden microben zijn aërobe bacteriën wat betekent dat ze een proces gebruiken dat lijkt op hoe menselijke cellen energie maken, afhankelijk van zuurstof en organische voedingsstoffen. Suzuki is zeer enthousiast, en zei: “Ik verwacht inmiddels bijna dat ik leven op Mars kan vinden. Zo niet, dan moet het leven zijn gebaseerd op een ander proces dat Mars niet heeft, zoals platentektoniek,”  aldus de Japanse wetenschapper, tevens hoofdauteur van het artikel dat geplaatst is in Nature’s Communications Biology.**

Afhankelijk van de locatie waaruit de monsters kwamen, varieert hun leeftijd van 13,5 miljoen tot 104 miljoen jaar oud. Deze locaties waar de monsters verzameld zijn bevonden zich op verre afstand van hydrothermale bronnen of met water gevulde kanalen onder de oceaanbodem. Deze positionering zou ervoor zorgen dat bacteriën die in klei in de monsters voorkomen van nature in de kloven zijn gevormd. Voordat de monsters werden verwerkt voor onderzoek, werd de buitenkant van elk van hen gesteriliseerd m.b.v. een spoeling van kunstmatig zeewater en een snelle verbranding, vergelijkbaar met de manier waarop een chef-kok voedsel kan dichtbranden.

Behandeling gesteente monsters
Suzuki en zijn team konden hun ogen niet geloven toen ze de bacteriën voor de eerste keer waarnamen. Suzuki besloot, na vele tevergeefse pogingen, een geheel nieuwe methode uit, een methode die geïnspireerd was op de manier waarop pathologen hele dunne plakjes menselijk weefsel onderzoeken om diagnoses te stellen. Hij besloot de rotsen met een speciale epoxy te behandelen, opdat ze hun natuurlijke vorm behielden, en niet uiteen zouden verkruimelen bij het snijden in plakjes. Deze dunne plakjes rots werden gewassen met een speciale substantie welke DNA klontjes doet oplichten en plaatste dit onder een microscoop. De bacterën lichtten op als groenachtige bolletjes en zaten zeer dicht opeengepakt in een soort oranje kanaaltjes omgeven door zwart gesteente. De oranje deeltjes waren de minerale kleiafzettingen (zie afbeelding hierboven).

Identificatie van de bacteriën gebeurde met een volledige genoomanalyse (dwz. de volledige genetische code van het DNA wordt in kaart gebracht).  De monsters van de verschillende locaties, bevatte soortgelijke maar geen identieke bacteriële soorten. Het gesteente op de verschillende locaties is van verschillende leeftijden, wat van invloed kan zijn op welke mineralen de tijd hebben gehad om zich op te hopen en dus welke bacteriën het meest voorkomen in de scheuren. Suzuki en zijn collega’s denken dat de voedingsstoffen, die zich in de scheurtjes met kleimineralen bevinden en die de bacteriën als brandstof gebruiken, zich concentreren. Dit zou kunnen verklaren waarom de dichtheid van bacteriën in deze scheurtjes acht orden van grootte meer is dan de dichtheid van bacteriën die vrij leven in modderafzettingen waar zeewater de voedingsstoffen verdunt.

Het team denkt dat deze kleimineralen die zich in het diepe gesteente van de oceaanbodem bevinden wel eens zouden kunnen lijken op de kleimineralen die zich in rotsen op het Marsoppervlak bevinden. Mineralen zijn als een vingerafdruk voor de omstandigheden waarin de klei zich vormde. Neutraal tot licht alkalische niveaus, lage temperatuur, matig zoutgehalte, ijzerrijke omgeving, basaltgesteente – al deze omstandigheden hebben de diepe oceaan en het oppervlak van Mars met elkaar gemeen,” aldus Suzuki. Suzuki’s onderzoeksteam begint een samenwerking met NASA’s Johnson Space Center om rotsen van het Marsoppervlak te onderzoeken m.b.v. geavanceerde technieken waaronder het gebruik van een CT-scanner (computertomografie), een soort 3D-röntgenfoto, om naar (microbieel) leven binnenin met kleimineralen gevulde scheurtjes te zoeken. Suzuki kan niet wachten, en stelt: “Deze ontdekking van leven waar niemand het verwachtte, in massief gesteente onder de zeebodem, kan de zoektocht naar leven in de ruimte veranderen.” Onderstaand een NASA video van ontdekt organisch materiaal op Mars. Bron: Sciencedaily / thenextweb / Nature / NASA

* chemosynthese: de biologische omzetting van één of meer koolstofhoudende moleculen en nutriënten in organische materie m.b.v. de oxidatie van anorganische verbindingen als energiebron i.p.v. zonlicht zoals bij de fotosynthese. 

**https://www.nature.com/articles/s42003-020-0860-1

Comments

  1. Quote: “De gevonden microben zijn aërobe bacteriën wat betekent dat ze een proces gebruiken dat lijkt op hoe menselijke cellen energie maken, afhankelijk van zuurstof en organische voedingsstoffen.”

    Hmm, ik kan me voorstellen dat de genoemde bacteriën door de 15%-breuk / ‘brosheid’-en-open-struktuur toch nog enigszins contact met zuurstof rijk water krijgt… maar waar moeten die evt. Mars-bacteria zuurstof vandaan halen?

    Quote2: “Deze positionering zou ervoor zorgen dat bacteriën die in klei in de monsters voorkomen van nature in de kloven zijn gevormd.”

    Wat wordt hier bedoelt?
    Dat deze bacteriën op deze plek zijn geëvolueerd, of wordt hier naar een eigen/specifieke abiogenese verwezen?

    Groet, Paul

    . ..
    NB Merkwaardig dat de onderzoekers “hun ogen niet geloven toen ze de bacteriën voor de eerste keer waarnamen” maar er nu van overtuigd zijn vergelijkbaar leven op Mars te vinden… (“Ik verwacht inmiddels bijna dat ik leven op Mars kan vinden.”)
    Maar natuurlijk, ik ben ook bereid om mee te gaan naar Mars om te gaan zoeken. 😉

    • Angele van Oosterom zegt

      Hoi Paul,

      -Verder onderzoek van het Marsgesteente brengt daar wellicht meer duidelijkheid in.
      Maar kennelijk zijn er toch een aantal belangrijke overeenkomsten tussen het Marsoppervlak en het deel van de oceaanbodem wat nu door dit team onderzocht is. En het is wel geen Mars maar dit was wel een pracht expeditie, nietwaar?:)

      -‘De voorouderlijke microben zijn waarschijnlijk binnengekomen met zeewater dat door de breuken in het basalt stroomt. Suzuki en zijn collega’s denken dat de voedingsstoffen, die zich in de scheurtjes met kleimineralen bevinden en die de bacteriën als brandstof gebruiken, zich concentreren.’ Het zijn aërobe organismen maar moeten wel chemo-autotrofe microben zijn (geen gebruik van zonlicht – dat komt daar niet – maar van oxidatieprocessen van anorganische stoffen voor maken van energie) en d’Hondt stelt ook, de omstandigheden zijn er goed voor de instandhouding van chemosynthetisch leven. M.i. ik heb hier niets gelezen over abiogenese – dat zou wel heel bijzonder zijn – maar ik denk inderdaad dat het zo is dat de microben ter plekke geëvolueerd zijn.

      groetjes, Angele

  2. @Angèle

    ( In het bronartikel is het al niet anders, )
    … maar had het meest linker plaatje niet Grijs/Oranje moeten zijn ipv Grijs/Groen?
    Met het oplichtende DNA bij een speciale lichtbron bij elke vergroting de rechter plaatjes…

    Groet, Paul

Speak Your Mind

*

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

%d bloggers liken dit: