Ontmoet ‘Conan de Bacterie’ en vrienden!

Nog niet eens zo heel lang geleden dachten mensen dat er behoorlijk wat plekken waren op aarde waar leven onmogelijk was. Wat denk je bijvoorbeeld van die kokende waterbronnen in Yellowstone Park? Of gebieden diep onder de Antarctische ijskap? Inmiddels weten we echter wel beter: zelfs op de meest extreme plaatsen op aarde is doorgaans (microbieel) leven te vinden. En dat leven is vaak net zo extreem als het gebied waarin het zich moet zien te handhaven.

Extremofielen
Dergelijke extreme organismen worden ook wel ‘extremofielen’ genoemd en de laatste decennia hebben onderzoekers op de meest verbazingwekkende plaatsen talloze microbiële extremofielen ontdekt. En langzaam maar zeker begint het erop te lijken dat het nog niet mee zal vallen om een plek op aarde te vinden die werkelijk onleefbaar is.

Thermus aquaticus
Eén van de eerste microbiële extremofielen die onderzoekers ontdekten, was Thermus aquaticus. Ecoloog Thomas Brock ontdekte de bacterie in Yellowstone National Park, waar deze zich – tot grote verbazing van Brock – in kokend water ophield. De bacterie gedijt bij temperaturen rond de 70 graden Celsius, maar is ook niet onder de indruk wanneer de temperaturen de 80 graden Celsius aantikken.

Micro-organismen die zo hittebestendig zijn, worden ook wel thermofielen genoemd. De exemplaren die Brock aantrof, worden zelfs tot de hyperthermofielen gerekend (micro-organismen die temperaturen vanaf 60 graden Celsius prettig vinden). Inmiddels weten we overigens dat er micro-organismen zijn die nóg hogere temperaturen kunnen verdragen. Neem bijvoorbeeld Methanopyrus kandleri die zich zelfs bij temperaturen van 122 graden Celsius nog kan vermenigvuldigen.

De zo kenmerkende kleuren die we in Yellowstone aantreffen, worden mede mogelijk gemaakt door organismen die in het water leven. Afbeelding: Steppinstars / Pixabay.

Op Antarctica
Een andere onverwachte plek waar onderzoekers vrij recent leven hebben gevonden, is diep onder het Antarctische ijs. Wetenschappers boorden in 2013 een maar liefst 800 meter diep gat in een Antarctische gletsjer om zo Lake Whillans te bereiken. En een analyse wees niet veel later uit dat in dit subglaciale meer – dat al miljoenen jaren geen zonlicht heeft gezien en waarin de temperatuur zeer laag ligt – actieve micro-organismen te vinden zijn. “Het is het eerste overtuigende bewijs dat er niet alleen leven, maar een actief ecosysteem onder de Antarctische ijskap te vinden is,” zo vertelde onderzoeker Brent Christner. De bacteriën – het gaat voornamelijk om archaebacteriën – moeten het zoals gezegd zonder zonlicht doen. Fotosynthese is dus geen optie. Maar dat weerhoudt de bacteriën er dus niet van om te gedijen in dit extreme gebied. Onderzoek wijst uit dat ze ammonium en methaan dat in het subglaciale meer te vinden is, als energiebron gebruiken.

‘Conan de Bacterie’ kan ongeveer 3000 keer meer gammastraling hebben dan wij mensen en is ook bestand tegen hoge doses UV-straling

Straling
Extreme warmte, kou en duisternis: het is zomaar een greep uit de omstandigheden waar extremofielen wel raad mee weten. Maar er zijn nog veel meer extreme omstandigheden te bedenken waarmee je het levensvormen lastig kunt maken. Wat denk je bijvoorbeeld van radioactieve grond in een gebied waar kerncentrales hun kernafval dumpen? In die grond kunnen organismen toch niet overleven? Nou, Deinococcus radiodurans wel. De bacterie – die de veelzeggende bijnaam ‘Conan de Bacterie’ draagt – is in het Guinness Book of Records opgenomen als het meest stralingsbestendige micro-organisme dat er is. De bacterie kan ongeveer 3000 keer meer gammastraling hebben dan wij mensen en is ook bestand tegen hoge doses UV-straling. Recente studies hebben aangetoond dat de bacterie bepaalde antioxidanten aanwendt om zijn eiwitten en enzymen – belangrijk voor het herstel van door straling beschadigd DNA – te beschermen. De ontdekking biedt mogelijk handvaten voor het ontwikkelen van een pil die mensen na blootstelling aan gevaarlijke straling in kunnen nemen om stralingsziekte te voorkomen.

C. metallidurans kan héél kleine goudklompjes genereren. Afbeelding: American Society for Microbiology.

Zware metalen
Ook grond gevuld met zware en voor de meeste organismen giftige metalen houden sommige bacteriën niet tegen. Neem bijvoorbeeld Cupriavidus metallidurans. De bacterie consumeert giftige metalen en gedijt, terwijl deze – zo bleek een paar jaar geleden – ondertussen ook nog ieniminie goudklompjes produceert. Hoe werkt dat precies? De bacterie leeft in grond die verrijkt is met zware metalen, zoals goud en koper. Wanneer goud en koper in contact komen met de bacterie, vinden een aantal chemische processen plaats die het gemakkelijker maken voor de bacterie om koper en goud op te nemen. De opname van hele kleine hoeveelheden koper is van levensbelang voor C. metallidurans. Maar wanneer zich te veel koper in de bacterie opstapelt, wordt het gevaarlijk. En daarom voert de bacterie het koper weer af met behulp van het enzym CupA. Wanneer er echter ook goud in de bacterie aanwezig is, wordt dit enzym onderdrukt en blijven het giftige koper en goud in de cel aanwezig. “Koper en goud zijn samen eigenlijk nog giftiger dan ze alleen al zijn,” legt onderzoeker Dietrich H. Nies uit. Maar de bacterie heeft daar iets op bedacht: een tweede enzym, CopA. Dit enzym zet de giftige metalen weer om in hun oorspronkelijke, lastig op te nemen vorm. “Dit zorgt ervoor dat er minder koperen en gouden deeltjes in het binnenste van de cel komen. De bacterie wordt minder vergiftigd en het enzym dat koper wegpompt, kan zich ongehinderd van het koper ontdoen. Een ander gevolg: het goud dat nu lastiger geabsorbeerd wordt, transformeert in het buitenste deel van de cel tot onschadelijke goudklompjes die slechts enkele nanometers groot zijn.”

In stenen
De laatste jaren zijn er verder bacteriën ontdekt die gedijen in extreem zout water, extreem droge gebieden (zoals de Atacama-woestijn), micro-organismen die bestand zijn tegen een extreme zuurgraad of zelfs onder zeer hoge druk (zoals bijvoorbeeld op de bodem van de Marianentrog) prima blijven functioneren. En er zijn zelfs behoorlijk hitte- en drukbestendige bacteriën aangetroffen in stenen, op wel enkele kilometers onder het aardoppervlak. Het roept een interessante vraag op: waar ligt de grens voor leven? Hoeveel warmte, kou, druk of droogte kan een organisme maximaal verdragen? Het lijkt erop dat we de grenzen van het leven aan het aftasten zijn. Nog altijd weten we in feite niet wat er op onze eigen planeet allemaal mogelijk is.

Het onderzoek naar de mogelijkheden op aarde – dat in feite draait om niets anders dan de vindingrijkheid van het aardse leven – is ontzettend belangrijk. Juist ook met het oog op die andere prangende onderzoeksvraag: zijn wij alleen? De ontdekking van talloze extremofielen stemt wat dat laatste betreft hoopvol. Want als het leven op aarde zich aan kan passen aan zoveel uiteenlopende en soms ronduit extreme omstandigheden, dan kan dat op andere planeten of manen toch ook? En zo kunnen werelden die we in eerste instantie misschien onleefbaar achten, opeens toch kansen bieden. En als de aarde ons één wijze les leert, dan is het deze: als zich een kans voordoet, zal het leven die grijpen.