Niemand had verwacht dat leven in deze sedimenten mogelijk zou zijn.
In 2016 voer het onderzoeksschip Chinkyu naar de Nankai-trog voor de kust van Japan. Om daar vervolgens een 1180 meter diep gat te boren. De sedimenten die de boor onderweg tegenkwam, werden verzameld en vervolgens geanalyseerd, in een poging antwoord te krijgen op die ene vraag: is hier leven mogelijk?
Verrassend
Dat er in de bovenste regionen van de boorkern leven te vinden zou zijn, hadden de onderzoekers wel verwacht. Maar dat ze zelfs in de onderste sedimenten – die een temperatuur van maar liefst 120 graden Celsius hadden – ook nog sporen van leven vonden, was een grote verrassing. “Voorafgaand aan onze studie werd over het algemeen aangenomen dat ondergrondse, zuurstofloze gebieden bij een temperatuur van 80 of 90 graden Celsius steriel waren,” zo vertelt onderzoeker Kai-Uwe Hinrichs aan Scientias.nl.
Maar de sedimenten die de onderzoekers verzameld hebben, vertellen dus een heel ander verhaal. Zo troffen de onderzoekers in de diepe en hete sedimenten intacte cellen aan. “Dit onderzoek vertelt ons dat diepe sedimenten leefbaar zijn op plaatsen waarvan we eerder dachten dat leven er onmogelijk was,” aldus onderzoeker Arthur Spivack.
Warme sedimenten
Dat de sedimenten op grote diepte zo warm zijn, is natuurlijk te herleiden naar het feit dat het binnenste van de aarde heet is. “Hoe dieper je onder de grond gaat, hoe warmer het wordt,” legt Hinrichs uit. “Op de locatie waar wij nu geboord hebben, loopt de temperatuur naarmate je dieper gaat wel extra snel op.” Maar niet alleen de temperaturen maken de diepe sedimenten voor de kust van Japan tot een weinig gastvrije omgeving. Ook de druk neemt – naarmate je dieper gaat – toe. Tegelijkertijd wordt de energie waar microben op kunnen teren, schaarser. En toch weten de microben die de onderzoekers in de diepe sedimenten aantroffen, zich te redden. De onderzoekers schrijven dat toe aan azijnzuur, het belangrijkste ingrediënt van azijn. Azijnzuur bleek in de warmste sedimenten rijkelijk voorhanden te zijn. “Mogelijk is het het product van de opwarming van sedimentair organisch materiaal,” aldus Hinrichs. Zowel de concentratie als de isotopische samenstelling van azijnzuur in de diepste en warmste sedimenten suggereren dat de microben van dit goedje leven.
Niet alleen de aanwezigheid van microben in deze diepe, warme sedimenten heeft de onderzoekers verrast. Minstens zo verbaasd waren ze toen ze ontdekten dat andere, hoger gelegen en koelere sedimentlagen vrijwel geen leven herbergden. “Het is fascinerend,” stelt onderzoeker Fumio Inagaki. “In de warme oceaanbodem heb je regio’s die bijna levenloos zijn. En dan detecteren we veel dieper, in veel warmere regio’s – tot een temperatuur van wel 120 graden Celsius – weer cellen en microbiële activiteit.” Het is volgens Hinrichs te verklaren door het feit dat er geboord is in een subductiezone, waar een oceanische plaat onder een aardplaat schuift (en zo een trog creëert). In zo’n subductiezone spelen geologische processen die ervoor kunnen zorgen dat gebieden kortdurend sterk opwarmen en als het ware gesteriliseerd worden. Hoewel de temperaturen daarna snel weer normaliseren, kan het vervolgens wel even duren voor deze gebieden weer bewoond worden.
Niet de diepste
De microben die nu zijn aangetroffen in 1180 meter diepe sedimenten gaan niet de boeken in als de diepst levende microben ooit. Eerder hebben Hinrichs en collega’s ook al leven ontdekt in sedimenten op zo’n 2,5 kilometer onder de zeebodem. Die microben leefden echter bij een temperatuur van ‘slechts’ 60 graden Celsius. Dat er nu bij temperaturen die twee keer zo hoog zijn, ook ondergronds leven is aangetroffen, is zonder enige twijfel de belangrijkste verdienste van dit nieuwe onderzoek. “Leven kan ook standhouden bij een temperatuur waarvan eerder gedacht werd dat microben deze alleen konden verdragen nabij hydrothermale bronnen, waar voldoende energie voorhanden is om cellulaire functies op gang te houden en indien nodig te herstellen. Onze studie laat nu zien dat er ook een kleine populatie microben is die zelfs onder de relatief energiearme omstandigheden die we diep onder het oppervlak, bij deze hoge temperaturen aantreffen, kan standhouden en zelfs relatief actief kan zijn.”
Op zoek naar de grens
Het is een fascinerende bevinding, die direct de vraag oproept waar de grens van het leven dan precies ligt. Want als het leven zich zelfs zo diep onder de zeebodem, bij deze uitzonderlijke temperaturen kan handhaven, op welke diepte en bij welke temperaturen gaan we dan moeten concluderen dat leven er echt onmogelijk is? Hinrichs moet ons het antwoord op die vraag schuldig blijven. Daarvoor is meer onderzoek nodig, waarbij nog dieper geboord moet worden. Of daarbij in de Nakai-trog nog wat te vinden valt, is overigens heel twijfelachtig. “We stuitten op de bodem van het boorgat al op rotsachtige bodem en dat is vanuit het oogpunt van een microbe een heel ander leefgebied,” aldus Hinrichs. “Maar er zijn andere plaatsen in de oceaan waar de sedimentenlaag meer dan 10 kilometer dik is en waar de temperaturen ook niet zo snel oplopen.” Het zijn plaatsen die Hinrichs graag nog eens met zijn enorme boor – die in principe tot wel zeven kilometer diep kan boren – zou bezoeken. En wie weet, komen we dan wel tot de conclusie dat de microben die zich op 1180 meter diepte, bij temperaturen van 120 graden Celsius kunnen handhaven familieleden hebben die nog veel meer kunnen verdragen.
Het werk van Hinrichs en collega’s heeft overigens niet alleen implicaties voor ons begrip van het leven op aarde. Het kan ook zeer relevant zijn voor de zoektocht naar leven op andere planeten. Nu krijgen andere planeten vaak pas het stempel ‘potentieel leefbaar’ als ze er redelijk gastvrij uitzien. Maar misschien zijn sommige aliens – net als de microben onder de Nankai-trog – niet zo heel veeleisend en is leven wel op veel meer plaatsen mogelijk dan we nu denken.
