Maak kennis met het grootste en slechtst bestudeerde ecosysteem van onze planeet: de diepe biosfeer. Een plek waar het leven in niets lijkt op wat je gewend bent.

Lijkt de kale bodem van de oceaan met zijn hoge waterdruk en gebrek aan voedsel je al een moeilijke plaats om te overleven? Stel je dan de situatie vele meters, zelfs kilometers diep in de oceaanbodem eens voor. Toch blijkt er hier, begraven in soms miljoenen jaren oude aardlagen, een opvallend diverse groep wezens te leven. Zij maken deel uit van de diepe biosfeer, het grootste ecosysteem van onze planeet maar desondanks het slechtst bestudeerde. De laatste jaren ontstaat er onder wetenschappers echter steeds meer interesse voor deze bizarre leefwereld. Onder meer omdat deze ons veel meer kan vertellen over de oorsprong van het leven.

Op de afbeelding helemaal bovenaan dit artikel zie je het schip JOIDES Resolution. Met dit boorschip worden kernen uit de zeebodem gehaald voor onderzoek.

Diepe biosfeer
Als een organisme meer dan een meter onder de zeebodem leeft, behoort hij tot de diepe biosfeer. Een meter is echter nog oppervlakkig: er is leven gevonden op meer dan twee kilometer diepte. Het gaat dan altijd om microben, zoals bacteriën en schimmels. Soms leven ze in vulkanisch actieve gebieden, waar ze de beschikbare energie en grondstoffen met chemische reacties omzetten in voedsel. Verreweg de meeste leven echter in gewoon sediment, zoals zand en klei.

Voedsel
In dat soort omgevingen heerst vaak een enorme voedselschaarste. Meestal komt het beschikbare voedsel uit de oceaan, waarin organisch materiaal van onder meer algen en zeedieren naar de bodem zinkt. Tegen de tijd dat dit is neergedwarreld en begraven, is verreweg het grootste gedeelte allang als voedsel gebruikt door organismen in de waterkolom en op de zeebodem. Laat staan wanneer het vervolgens duizenden, zelfs miljoenen jaren begraven ligt en langzaam maar zeker door microben wordt opgegeten. Bovendien is het voedsel dat nog te vinden is op grote dieptes ook het lastigst verteerbaar – dat is precies de reden dat het nog niet weg is.

Extreem traag
De oplossing die de microben voor dit voedselprobleem hebben, is dat ze een traag leven leiden. Extreem traag. Velen zijn zelfs zo inactief dat het lastig is om te bepalen of ze levend, sluimerend of dood zijn. Dat blijkt ook wel uit de tijd die nodig is voordat zo’n eencellig micro-organisme zich deelt: volgens schattingen zou dat weleens duizenden jaren of zelfs langer kunnen duren. In dat geval zijn de microben zelf dus ook duizenden jaren oud. Het bestaan van deze wezens is dan ook nauwelijks te vergelijken met dat van wat voor leven dan ook aan de oppervlakte.

“Het zou kunnen dat deze microben DNA repareren op voor ons nog onbekende manieren”

Samen sterk
Dat verschil is precies één van de redenen waarom ze ook interessant zijn voor ons, meent hoogleraar biogeochemie Jan de Leeuw. “Het zou kunnen dat deze microben zeer interessante moleculen maken die we nog niet kennen. Zo kunnen ze wellicht DNA repareren op voor ons nog onbekende manieren. Aangezien ze zich maar zo zelden delen, moet hun DNA namelijk lange tijd mee gaan. Dat zou mogelijkheden kunnen bieden voor allerlei technische en medische toepassingen.”

Begrip van de aarde
De diepe biosfeer is nog om een andere reden relevant: het verbetert ons begrip van de aarde. De microben waar het om gaat, leven weliswaar in een dunbevolkte wereld, maar door de gigantische omvang van die leefwereld zijn ze toch een factor om rekening mee te houden. Dankzij hun grote aantallen spelen ze een rol in de grootschalige chemische processen op aarde, bijvoorbeeld de koolstofcyclus (zie de figuur hieronder). Microben uit de diepe biosfeer zorgen ervoor dat koolstof sneller uit het sediment verdwijnt, terug de oceaan in. En neem het vrijkomen van methaan, een sterk broeikasgas, door toedoen van organismen die in lagen met steenkool leven. Het lijkt er dus op dat als aardwetenschappers biologische en chemische processen op aarde goed willen begrijpen, ze de diepe biosfeer niet kunnen negeren.

Schematische weergave van de koolstofcyclus. De zwarte getallen staan voor de hoeveelheid koolstof die op een plek ligt opgeslagen, in gigaton. De blauwe getallen staan voor de hoeveelheid koolstof die tussen de aangegeven plekken wordt uitgewisseld, in gigaton per jaar.

Schematische weergave van de koolstofcyclus. De zwarte getallen staan voor de hoeveelheid koolstof die op een plek ligt opgeslagen, in gigaton. De blauwe getallen staan voor de hoeveelheid koolstof die tussen de aangegeven plekken wordt uitgewisseld, in gigaton per jaar.

Oorsprong van het leven?
Toch is er nog heel veel wat we simpelweg niet weten, onder meer omdat onderzoek aan organismen die diep in het sediment leven erg lastig is. Zo is het voor onderzoekers een grote en dure uitdaging om schone monsters te nemen op deze moeilijk bereikbare plaatsen. En als ze die dan eenmaal te pakken hebben, is ook de analyse zelf erg ingewikkeld. “Je moet heel veel voorzorgsmaatregelen nemen om te zorgen dat je de monsters niet vervuilt,” aldus De Leeuw. “Daarnaast gaat het om zulke kleine hoeveelheden microben dat het erg lastig is om ze te onderzoeken. Daar moet je zeer geavanceerde analysetechnieken voor in huis hebben.” Hierdoor zijn er nog veel onbeantwoorde vragen, zoals hoeveel levende organismen zich eigenlijk exact in de diepte bevinden. Maar ook een aantal heel fundamentele zaken is nog niet bekend, vertelt De Leeuw. “We weten niet eens waar ze vandaan komen. Zijn het microben die oorspronkelijk aan de oppervlakte leefden, maar die begraven zijn en zich hebben aangepast? Of is het precies andersom en begon het leven oorspronkelijk in de diepte, bijvoorbeeld op vulkanisch actieve plaatsen, om vervolgens naar boven te migreren?”

Dit laatste geeft aan hoe mysterieus de diepe biosfeer eigenlijk is. Maar ondanks dat zelfs wetenschappers deze leefwereld lange tijd over het hoofd hebben gezien, wordt het steeds duidelijker dat we de diepe biosfeer niet kunnen negeren. Diep in de aarde blijken organismen te leven op manieren die we eerder niet konden voorzien en die met hun grote aantallen invloed uitoefenen op onze planeet. En wie weet wat we nog ontdekken over deze bijzondere microben en misschien zelfs over het ontstaan van het leven.

Niels Waarlo (1994) is masterstudent Aardwetenschappen aan de Universiteit Utrecht. Hier houdt hij zich bezig met klimaatreconstructie en sedimentaire geologie. Daarnaast richt hij zich op wetenschapscommunicatie en –educatie, onder meer met een stage bij de educatieve afdeling van Naturalis. Verder schreef hij als muziekjournalist voor onder andere KindaMuzik en State Magazine.