Het was lange tijd een raadsel hoe microben diep in de duistere oceaan kunnen overleven. Nu hebben wetenschappers ontdekt hoe het zit: ze halen hun energie uit waterstof en koolmonoxide in plaats van zonlicht.
Deze vorm van ‘chemosynthese’ geeft nieuwe aanwijzingen over het evolutieproces op aarde. De nieuwe studie zet de biologische wetenschap dan ook behoorlijk op zijn kop. Alom werd altijd aangenomen dat het grootste deel van het leven in de oceaan zich voedde door fotosynthese – met behulp van zonlicht dus – maar nu blijkt dat een groot deel van de microben die ronddrijven in de donkerste diepten van de oceaan hun energie halen uit het eten van waterstof en koolmonoxide, net als sommige bodembacteriën.
Chemosynthese in plaats van fotosynthese
Australische onderzoekers hebben vijf jaar lang onderzoek gedaan naar het voedsel van micro-organismen in de diepzee en op de oceaanbodem, van de tropen tot de polen. “De wetenschappelijke consensus was dat het microbiële leven in de oceaan zich hoofdzakelijk voedt door middel van fotosynthese. Maar hoe zit het met de gebieden die zo diep zijn dat er geen licht kan doordringen of die zo voedselarm zijn dat algen er niet kunnen gedijen? We hebben in deze studie aangetoond dat in plaats daarvan chemosynthese dominant is in deze regio’s”, vertelt onderzoeker en professor Chris Greening. “Waterstof en koolmonoxide staan op het menu van biljoenen microben in alle regio’s die we hebben onderzocht. We vonden ze diep in de stedelijke baaien, maar ze waren ook veelvuldig te vinden rondom tropische eilanden. Sommigen bleken zelfs te leven onder de ijsplaten van Antarctica.” Zonlicht hadden ze immers niet nodig.
Metagenomisch onderzoek
Het team heeft tijdens hun vele oceaanreizen een schat aan microbiële monsters verzameld en talloze chemische metingen gedaan op honderden meters diepte. Op al die watermonsters hebben ze metagenomisch onderzoek uitgevoerd. Het DNA-materiaal werd daarbij geïsoleerd en vervolgens gekloneerd (vermeerderd). Tenslotte werd het met moderne apparatuur gesequenset. Hierdoor kwamen de wetenschappers, wier studie in Nature verscheen, te weten welke micro-organismen er in de verschillende delen van de diepzee leven, wat hun soortenrijkdom is en welke mogelijke functie ze vervullen. “Metagenomisch sequensen legt de genetische blauwdrukken bloot van alle microben die aanwezig zijn in een bepaald deel van de oceaan”, legt onderzoeker Rachael Lappan uit. “We hebben de genen gevonden die de consumptie van waterstof mogelijk maken bij acht soorten microben, die genetisch aan elkaar verwant zijn. Deze manier van overleven is steeds vaker te zien naarmate je dieper onder het wateroppervlak gaat zoeken naar levende wezens.”
Verre neven die in de bodem leven
De onderzoekers bouwden tijdens hun nieuwe project voort op hun eerdere studies naar de leefwijze en eetgewoontes van bodembacteriën. Greening en collega’s toonden eerder al aan dat de meeste bodembacteriën kunnen overleven door het consumeren van waterstof en koolmonoxide uit de atmosfeer. “In de oppervlaktelagen van oceanen overal ter wereld zit vaak een flinke hoeveelheid aan opgeloste waterstof- en koolmonoxidegassen. Dit is het gevolg van verschillende geologische en biologische processen. Het is dus niet meer dan logisch dat deze oceanische bacteriën zich voeden met dezelfde anorganische materialen als hun verre neven die in de bodem leven”, zegt Lappan.
Eerste leven tankte waterstof
De uitkomsten van dit jarenlange onderzoek geven nieuwe inzichten in de wijze waarop het leven op aarde evolueerde. Dat maakt de conclusies extra bijzonder. “Het eerste leven is waarschijnlijk ontstaan in hydrothermale bronnen op de bodem van de diepzee, waar eencelligen waterstof als energiebron gebruikten. Het is ongelooflijk dat er 3,7 miljard jaar later nog steeds zoveel microben in de oceanen dit energierijke gas gebruiken en dat we dit tot nu toe volledig over het hoofd hebben gezien”, concludeert Greening.
