Nieuw onderzoek geeft iets meer inzicht in hoe microben zich staande weten te houden in wateren die schuilgaan onder honderden meters dik ijs.

Op Antarctica vinden we Whillans Ice Stream. Het is een snelstromende ijsrivier waaronder meerdere subglaciale meren schuilgaan die ook nog eens met elkaar in verbinding lijken te staan. Eén van die meren is Lake Whillans. Het meer zou zo’n twee meter diep zijn en gaat schuil onder 800 meter ijs. Daarmee lijkt het misschien een onherbergzame plek. Maar niets is minder waar; wetenschappers hebben reeds aangetoond dat er leven is in Lake Whillans. En nieuw onderzoek geeft iets meer inzicht in hoe de microben zich daar diep onder het ijs – in afwezigheid van zonlicht – wellicht staande weten te houden.

Verpulverde gesteenten
In het blad Communications Earth and Environment onthullen onderzoekers een tot voor kort onbekende bron van voedsel waar deze microben wellicht dankbaar gebruik van maken. Namelijk: verpulverde gesteenten.

Wanneer gletsjers of ijsstromen voortbewegen, schuren ze over de onderliggende sedimenten heen, die daardoor eroderen. “Het is lastig om vast te stellen in hoeverre de sedimenten in het subglaciale Lake Whillans eroderen,” erkent onderzoeker Beatriz Gill Olivas in gesprek met Scientias.nl. “Maar Lake Whillans is een actief meer dat perioden kent waarin het volloopt, maar ook perioden waarin het leegloopt. Wanneer het water laag staat, staat de ijsstroom waarschijnlijk in direct contact sedimenten, waardoor er in het meer behoorlijk wat erosie kan plaatsvinden.” En als er in Lake Whillans zelf geen erosie plaatsvindt, dan misschien wel in één van de andere subglaciale meren die met Lake Whillans in contact staan. “Het subglaciale Lake Whillans maakt deel uit van een groter hydrologisch systeem waarin erosie plaats kan vinden. Het is dan ook mogelijk dat biologisch gezien interessante stoffen stroomopwaarts door de verpulvering van sedimenten vrijkomen en vervolgens naar dit subglaciale meer of andere subglaciale meren worden getransporteerd.”

Experimenten
Tijdens experimenten hebben onderzoekers dat proces waarbij een enorme ijsmassa de voedingsstoffen als het ware uit sedimenten bevrijden, nagebootst. Ze verpulverden sedimenten, afkomstig uit Lake Whillans (zie kader) en brachten ze daarna in contact met zuurstofarm en koud water. “Zo simuleerden we de interactie tussen geërodeerde sedimenten en vloeibaar water die ook plaatsvindt aan de onderzijde van gletsjers,” vertelt Gill Olivas.

In 2013 hebben wetenschappers binnen het onderzoeksproject Whillans Ice Stream Subglacial Access Research Drilling (WISSARD) dwars door de Whillans Ice Stream heen geboord om het onderliggende Lake Whillans te bereiken. Met succes! Daarbij zijn naast watermonsters ook sedimenten uit het meer verzameld. En een deel van die sedimenten hebben Gill Olivas en collega’s in hun experimenten gebruikt.

De experimenten wijzen uit dat de verpulverde sedimenten tal van gassen voortbrengen, zoals waterstof, koolstofdioxide en methaan. Ook ontstond er ammonium. “Wanneer je sedimenten verpulvert, worden ze opgebroken in veel kleinere delen,” legt Gill Olivas uit. “Daardoor worden microscopisch kleine bubbels die in mineralen zitten, opengebroken en komen de gassen en vloeistoffen die eerder in die bubbels opgesloten zaten, vrij. Ook gassen die vastzaten in ruimtes tussen sedimentkorrels kunnen tijdens het verpulveren ervan, vrijkomen.”

Hier zie je de eerste beelden die van de bodem van Lake Whillans zijn gemaakt. Afbeelding: NASA / JPL-Caltech.

Grote hoeveelheden
De hoeveelheden zijn indrukwekkend. Zo creëerden de onderzoekers in één klap ongeveer 24 procent van de hoeveelheid methaan die methanotrofen (micro-organismen die hun koolstof en energie uit methaan halen en waarvan reeds bewezen is dat ze in Lake Whillans leven) vereisen. Ook brachten de onderzoekers behoorlijk wat ammonium voort, een element dat tal van microben als energiebron kunnen gebruiken. “Hoewel deze experimenten niet de ware omvang van erosie onder gletsjers reflecteren, hinten ze er wel op dat verpulverde sedimenten een belangrijke bron van voedingsstoffen kunnen zijn in subglaciale ecosystemen,” aldus Gill Olivas. “Meer onderzoek is nu nodig om een compleet beeld te krijgen van de reacties die door erosie kunnen ontstaan.”

De onderzoeksresultaten zijn fascinerend. “Ze veranderen onze kijk op de manieren waarop microbiële ecosystemen onder gletsjers stand kunnen houden,” denkt Gill Olivas. “Vooral ook onder ijskappen, waar sedimenten al duizenden jaren gevangen zitten en weinig nieuwe voedingsstoffen worden aangevoerd en waar we toch microbieel leven blijven vinden.” Maar het onderzoek heeft niet alleen implicaties voor levensvormen onder aardse ijsmassa’s. “We kunnen de resultaten ook gebruiken als we nadenken over hoe leven op andere ijzige planeten kan standhouden. Waar ijs op sedimenten of gesteenten rust en vergezeld gaat door vloeibaar water kan erosie dienst doen als een bron van voedingsstoffen en energie voor microbieel leven.”