Het enige wat deze microben nodig hebben om te overleven, is…lucht.
In 2017 ontdekten onderzoekers deze weinig veeleisende microben al op Antarctica. Maar in een nieuw onderzoek – verschenen in het blad Frontiers in Microbiology – onthullen ze nu dat de kleine organismen waarschijnlijk wereldwijd voorkomen. En dat kan ook wel eens implicaties hebben voor onze zoektocht naar leven op andere planeten.
Lucht
Waar wij mensen nogal wat voedingsstoffen nodig hebben om te overleven en groeien, nemen veel eenvoudigere organismen – zoals microben – genoegen met minder. Maar de microben die onderzoekers in 2017 op Antarctica ontdekten, spannen toch echt de kroon. “Alle levensvormen hebben bepaalde eerste levensbehoeften, waaronder een bron van koolstof en energie,” legt onderzoeker Angelique Ray aan Scientias.nl uit. “Veel microben halen hun koolstof uit koolstofdioxide in de lucht en hun energie uit zonlicht, voedingsstoffen in de grond of uit heel hoge gasconcentraties, zoals we die bijvoorbeeld in vulkanische gebieden aantreffen. De microben die wij bestuderen, zijn uniek, omdat ze hun energie uit lage gasconcentraties kunnen halen, waaronder waterstof dat in de ons omringende lucht aanwezig is. Dat betekent dat zij zowel in hun behoefte aan koolstof als aan energie kunnen voldoen met lucht alleen.”
En deze bijzondere microben komen dus niet alleen op Antarctica voor. Tot die conclusie komen de onderzoekers nadat ze 122 grondmonsters analyseerden die verzameld waren in Antarctica, het Arctisch gebied en het Tibetaans Hoogland. Ze zochten daarbij niet specifiek naar de microben die ze eerder op Antarctica hadden aangetroffen, maar naar bepaalde genen. “We richtten ons in dit onderzoek op twee genen. Het ene gen stelt microben in staat om energie te halen uit waterstof afkomstig uit de lucht,” zo vertelt Ray. “En het andere stelt microben in staat om koolstofdioxide uit de lucht te gebruiken. Samen spelen deze genen een belangrijke rol in microben die de lucht gebruiken om te overleven en groeien. Er is bewijs dat veel verschillende bacteriën deze genen bezitten. Als we naar specifieke soorten hadden gezocht, hadden we er waarschijnlijk heel veel gemist. Daarom besloten we in de gehele microbiële gemeenschap te zoeken naar de aanwezigheid van deze functionele genen.”
Resultaten
En met succes. De genen die het mogelijk maken om van de wind te leven bleken op alledrie de plaatsen wijdverspreid te zijn. “We dachten dat we zeker enkele gebieden zouden aantreffen waar de genen niet aanwezig zouden zijn, maar dat was niet het geval,” stelt Ray. Dat de microben in de drie gebieden floreerden, is overigens ook weer wel te verklaren. Ray wijst er daarbij op dat de genoemde plaatsen vrij droog en voedselarm zijn en daarmee zijn het geknipte leefgebieden voor microben die weinig eisen stellen. “Deze microben halen hun energie en koolstof uit de lucht in plaats van uit de grond. Dat geeft ze een enorm voordeel. Lucht is in feite in elk boven water gelegen gebied op aarde aanwezig, waaronder ook rond voedselarme aarde. Dat stelt deze microben in staat om in zulke omgevingen te overleven, terwijl andere microben die afhankelijk zijn van voedingsstoffen uit de grond dat niet kunnen. Op vergelijkbare wijze kunnen ook microben die hun energie uit zonlicht halen en grotere hoeveelheden water nodig hebben lastiger in deze droge gebieden overleven. Vandaar dat bacteriën die ‘van de lucht leven’ en de unieke genen die zij daartoe bezitten, deze droge, voedselarme gebieden domineren.” “Meer onderzoek is nodig om aan te tonen dat deze microben wereldwijd voorkomen, maar het feit dat we de benodigde genen in aarde verzameld op de ‘drie polen’ aantreffen, wijst erop dat dit nieuwe proces waarschijnlijk in koude woestijnen wereldwijd plaatsvindt, maar tot op heden over het hoofd is gezien,” aldus onderzoeker Belinda Ferrari.
De microben – die koolstofdioxide uit de atmosfeer halen – kunnen ook een rol spelen in ons klimaat. “Ze zijn een belangrijke koolstofput,” stelt Ray. “Ze gaan – net als planten en tal van andere microben – de uitstoot van CO2 in de atmosfeer deels tegen. In recente decennia is de uitstoot enorm toegenomen, maar ondertussen is de hoeveelheid CO2 die in koolstofputten wordt opgeslagen, afgenomen, door ontbossing en het smelten van bevroren aarde, en dat leidt weer tot een versnelde opwarming. Het is belangrijk dat we gaan begrijpen hoe koolstofputten – waaronder ook de microben die wij bestuderen – functioneren.”
Buitenaards leven
De minimalistische levensstijl van de microben laat maar weer eens zien dat sommige levensvormen echt heel weinig nodig hebben. En met dat in gedachten lijkt het niet ondenkbaar dat dergelijke weinig veeleisende micro-organismen zich ook op andere planeten thuis zouden kunnen voelen. “Wanneer we kijken naar leven op andere planeten, richten onderzoekers zich vaak op de vraag of de omgeving de belangrijkste vereisten voor leven herbergt: een bron van energie, koolstof en vloeibaar water. Sterker nog: één van de belangrijkste strategieën van NASA in de zoektocht naar leven is: ‘volg het water’. De microben die wij bestuderen, herdefiniëren deze minimale vereisten voor leven. Niet alleen lijken hun aantallen toe te namen in droge gebieden; ze kunnen ook heel kleine concentraties waterstof gebruiken als energiebron, wat betekent dat ze zouden kunnen overleven op verder kale planeten, zolang die gassen maar in de atmosfeer aanwezig zijn. Onze resultaten wijzen er dan ook op dat we naar buitenaards leven zouden moeten zoeken op planeten die CO2 en waterstof in hun atmosfeer hebben zitten (zelfs al gaat het maar om lage concentraties). Dat is in mijn optiek de belangrijke implicatie van dit onderzoek.”
De onderzoekers hopen in de nabije toekomst nog meer over deze bijzondere, minimalistische microben te weten te komen en onder meer te achterhalen hoe ze koolstof uit de lucht halen. “We zijn van plan om één van deze nieuwe bacteriën in het laboratorium te isoleren,” stelt Ferrari. Maar gemakkelijk wordt dat niet. “De bacteriën zijn zo gewend om op weinig te groeien en agarplaten (petrischalen gevuld met agar, red.) zijn zo anders dan hun natuurlijke omgeving.”
