Microbiologie in hapklare porties
Binnenaardsen – microbieel leven onder onze voeten
Hoewel we hints van mogelijk of voorafgaand leven buiten onze planeet hebben gevonden, denken we niet aan onze eigen aliens. Microben zijn overal, ook in de Aarde: de binnenaardse microben.
Microben vertegenwoordigen de meest voorkomende levensvormen in de dieptes van onze planeten. Ze worden de diepe biosfeer genoemd. Daar overleven is wel een uitdaging door de hoge temperatuur en druk, er is geen licht, bijna geen zuurstof… en dit creëert een unieke omgeving. In de meeste ecosystemen wordt de bron voor organisch materiaal gemaakt door planten (bodem van de voedselketen!), zonder licht moet leven dus een andere manier vinden om organisch materiaal te maken. Onderzoek over hoe leven kan overleeft onder zulke omstandigheden (inclusief steen-microbe interacties) zal niet alleen licht schijnen over vroeg leven op aarde, maar ook over mogelijk leven op andere planeten zoals Mars.
De technische term voor onze binnenaardsen is chemolitho-autotroof: dit betekent dat ze anorganisch materiaal eten (zoals ijzer en zwavel). De meest interessante momenteel zijn de sulfaatreducerende organismen, dit betekent dat ze liever sulfaat (SO42-) inademen dan zuurstof. Sulfaat kan verkregen worden door de oxidatie van sulfide (S2-) of elementaire zwavel (S0) (meer over de sulfaat cyclus in Figuur 2).
Hoe vinden we zulke organismen? Het blijkt dat de chemie van de steen belangrijk is. Een eerder onderzoek van Casar en zijn collega’s toonde aan dat steen de hoofdbron is van voedsel voor deze organismen [1]. Denk erover na: deze organismen hebben nutriënten nodig en ze gebruiken chemicaliën zoals mineralen om te groeien. Dus wat er in de steen zit waarop ze groeien, bepaalt welk organisme we vinden. Iets vergelijkbaars geldt ook voor een tropisch bos en een woestijn: omdat deze bodemtypes niet dezelfde voedingsstoffen bevatten, zullen de organismen en het gehele ecosysteem anders zijn. Hetzelfde geldt ook wanneer je diep in de Aarde gaat graven.
Hoe komen onze binnenaardsen aan nutriënten? In een nieuw onderzoek keken Li en collega’s naar meerdere zwavel isotopen van 6 goudmijnen in Zuid Afrika [3]. Ze bemonsterden water van 0.9 tot 3.4 km (0.6 tot 2.1 mijl) diep in 4 mijnen en van 1.3 tot 1.9 km (0.8 tot 1.2 mijl) in de 2 andere mijnen.
Ze ontdekten dat op lagere dieptes (lager dan 3 km – 1.86 mijl) de gastheer-stenen in water opgeloste sulfaationen opnamen en zo continue ondergrondse consumptie mogelijk maakten die de bacteriële gemeenschap in stand kon houden. Dichter bij de oppervlakte (minder dan 1 km – 0.6 mijl) wordt sulfaat gegenereerd door oxidatie van sulfide (S2-) mineralen, omdat er een beetje zuurstof aanwezig is. Hierdoor is het sulfaat direct beschikbaar voor microben (blauw in de sulfaat cyclus, Figuur 2). Op gemiddelde diepte (1 tot 3 km – 0.6 tot 1.86 mijl) ontdekten de onderzoekers dat sulfaat beschikbaar werd gemaakt door radiolyse. Een proces waarbij ioniserende straling (zoals röntgenstraling of gammastraling dat deel is van het lichtspectrum) de sulfaat vorm creëert. Via radiolyse worden er meer chemicaliën geproduceerd om het leven daar in stand te houden: het voorziet microben van langetermijn waterstof bronnen in andere diep ondergrondse ecosystemen [4].
Dit onderzoek laat een onbeperkte bron van sulfaat zien, een belangrijke voedingsstof voor deze sulfaat gebruikende microben die het leven ondersteunen in dit ecosysteem. Hoewel er nog veel te leren valt over deze microben in onze planeet, zal het ons zeker het vroegere leven op Aarde én mogelijk leven buiten onze planeet helpen begrijpen.
Other references:
1. Casar Caitlin P., Kruger Brittany R., Osburn Magdalena R. Rock-Hosted Subsurface Biofilms: Mineral Selectivity Drives Hotspots for Intraterrestrial Life, Frontiers in Microbiology, 2021
2. The Deep Mine Microbial Observatory: https://demmo.org/
3. Long Li, Siwen Wei, Barbara Sherwood Lollar, Boswell Wing, Thi H. Bui, Shuhei Ono, Maggie C.Y. Lau Vetter, Tullis C. Onstott, Thomas L. Kieft, Gaetan Borgonie, Borja Linage-Alvarez, Olukayode Kuloyo, Esta van Heerden. In situ oxidation of sulfide minerals supports widespread sulfate reducing bacteria in the deep subsurface of the Witwatersrand Basin (South Africa): Insights from multiple sulfur and oxygen isotopes, Earth and Planetary Science Letters, Jan 2022
4. Li-Hung LinPei-Ling WangDouglas RumbleJohanna Lippmann-PipkeErik BoiceLisa M. PrattBarbara Sherwood LollarEoin L. BrodieTerry C. HazenGary L. AndersenTodd Z. DeSantisDuane P. MoserDave Kershawand T. C. Onstott , Long-Term Sustainability of a High-Energy, Low-Diversity Crustal Biome Science, 2006 DOI: 10.1126/science.1127376
To learn more:
Nearly three-quarters of terrestrial microbes hide in deep rocks: http://www.ipgp.fr/en/nearly-three-quarters-of-terrestrial-microbes-hide-in-deep-rocks
Featured image: https://pixnio.com/space/planet-earth-universe-galaxy#
Vertaald door: Liang Hobma
micro-bites.org 