Duitse onderzoekers hebben een slimme, vereenvoudigde methode ontwikkeld om microben in beweging te krijgen, wat de zoektocht naar leven op Mars en andere planeten een flinke boost kan geven.
Veel astronomen zijn erop gebrand buitenaards leven te vinden. Voor hen zou de ontdekking van leven buiten de aarde niet alleen wetenschappelijk baanbrekend zijn, maar het zou ook fundamentele vragen over ons bestaan en de voorwaarden voor leven in het universum beantwoorden. Het is een van de grootste uitdagingen en ambities binnen de astronomie en astrobiologie. Toch is het, ondanks vele verwoede pogingen, nog niet gelukt om op aliens te stuiten. Maar misschien maakt een nieuwe test daar binnenkort wel verandering in.
Chemotaxis
Een veelbelovende aanpak is het opsporen van micro-organismen die zelfstandig kunnen bewegen – een duidelijke aanwijzing voor leven. Wanneer een organisme reageert op een chemische stof door zich te verplaatsen, noemen we dit chemotaxis. “Chemotaxis is de slimme manier waarop micro-organismen zich bewegen naar voedingsstoffen of weg van gevaarlijke stoffen, allemaal als reactie op chemische signalen”, legt Max Riekeles, onderzoeker aan de Technische Universiteit van Berlijn, in gesprek met Scientias.nl uit. “Dit gedrag is cruciaal voor hun overleving en aanpassing aan verschillende omgevingen.”
Biosignatuur
In de zoektocht naar buitenaards leven is chemotaxis een veelbelovende aanwijzing, omdat beweeglijkheid een krachtig bewijs is voor biologische activiteit. “Het is moeilijk om prokaryotisch leven alleen op basis van uiterlijk te identificeren, zelfs met geavanceerde microscopie, omdat niet-levende deeltjes er soms hetzelfde uitzien”, vertelt Riekeles. “Het detecteren van doelgerichte beweging geeft echter duidelijk aan dat er actieve beweeglijkheid is – een belangrijke aanwijzing voor leven.”
Beweging
Het is overigens wel belangrijk om te benadrukken dat niet alle micro-organismen actief bewegen. “Sommige microben vertrouwen meer op passieve opname van voedingsstoffen door diffusie”, licht Riekeles toe. “Of een potentiële beweeglijke microbe zich daadwerkelijk beweegt, hangt af van verschillende factoren, zoals temperatuur en de beschikbaarheid van voedingsstoffen (te veel voedingsstoffen kunnen leiden tot groei in plaats van beweeglijkheid). Ons doel is dan ook om de beweeglijkheid van microben te stimuleren en deze vervolgens te onderscheiden als ‘actieve’ beweeglijkheid, zodat we het kunnen herkennen en scheiden van passieve bewegingen.”
L-serine
Om dit te doen, heeft Riekeles nu samen met zijn collega’s een nieuwe, vereenvoudigde methode ontwikkeld om ‘chemotactische beweeglijkheid’ te activeren in enkele van de kleinste levensvormen op aarde. De onderzoekers gebruikten daarvoor L-serine, een aminozuur dat al eerder chemotaxis heeft opgeroepen in een breed scala aan soorten uit alle levensdomeinen. Bovendien wordt aangenomen dat het ook op Mars aanwezig is. Als leven op Mars een vergelijkbare biochemie heeft als op aarde, is het goed mogelijk dat L-serine Martiaanse microben zou kunnen aantrekken.
De test
De test die de onderzoekers ontwikkelden, maakt geen gebruik van complexe apparatuur, maar draait om een eenvoudige opstelling: een objectglas met twee kamers, gescheiden door een dunne, semi-permeabele membraan. “We plaatsten de microben in de ene kamer, terwijl we in de andere kamer L-serine toevoegden”, vertelt Riekeles. “De membraan fungeert als een barrière die voorkomt dat passieve deeltjes (zoals zandkorrels of Mars-regoliet) door de membraan bewegen, terwijl actief ‘zwemmende’ microben daar wel doorheen kunnen. Na een bepaalde tijd onderzochten we de kamer met L-serine onder de microscoop. Microben die succesvol de membraan hadden gepasseerd, waren zichtbaar als duidelijke vlekken. In plaats van de beweeglijkheid van de microben direct te volgen – een taak die veel rekenkracht vereist – biedt onze methode een eenvoudiger en efficiënter alternatief met minimale computervereisten.”
Microben
Het team testte drie verschillende microben – twee bacteriën en een archaeon. “We kozen ervoor om zowel een Gram-positieve als een Gram-negatieve bacterie op te nemen, zodat we een breder scala aan microbieel gedrag konden vastleggen”, zegt Riekeles. De microben die in de studie werden opgenomen, zijn gekozen vanwege hun indrukwekkende vermogen om te overleven in extreme omstandigheden. Zo kan de uiterst beweeglijke Bacillus subtilis overleven in zware omgevingen en zelfs temperaturen tot 100 graden Celsius verdragen. Pseudoalteromonas haloplanktis, geïsoleerd uit de ijskoude wateren van Antarctica, is uitstekend aangepast aan het groeien in koudere omgevingen, met een temperatuurbereik van -2,5 tot 29 graden Celsius. De archaeon Haloferax volcanii, die genetisch verschilt van bacteriën maar wel vergelijkbare eigenschappen vertoont, komt van nature voor in extreem zoute omgevingen zoals de Dode Zee. Hierdoor is het goed in staat om te overleven in de meest extreme omstandigheden. “Bacteriën en archaea behoren tot de oudste levensvormen op aarde, maar ze bewegen op verschillende manieren”, zegt Riekeles. “Door beide groepen te testen, kunnen we de levensdetectiemethoden voor ruimte-missies verder verfijnen en betrouwbaarder maken.”
Het werkt!
De resultaten, beschreven in Frontiers in Astronomy and Space Sciences, lieten zien dat L-serine alle drie de soorten aantrok. “We ontdekten dat ze allemaal reageerden op een chemische stof en zich ernaar toe bewogen”, verklaart Riekeles. “Chemotaxis kan dus een krachtige aanwijzing voor leven zijn en zou toekomstige ruimtemissies kunnen helpen bij het opsporen van levende organismen op Mars of andere planeten.”
De basis
Om deze methode geschikt te maken voor een ruimte-missie, zouden er wel enkele aanpassingen nodig zijn, zo stelt Riekeles. Zo zou kleinere, robuustere apparatuur vereist zijn die bestand is tegen de extreme omstandigheden van de ruimte, en een systeem dat autonoom werkt, zonder de noodzaak van menselijke tussenkomst. “Maar ik denk dat ons concept de basis kan vormen voor een levensdetectie-instrument dat werkt volgens een vergelijkbaar principe, met behulp van microscopie”, betoogt Riekeles. “Toekomstige ontwikkelingen kunnen voortbouwen op dit idee door bijvoorbeeld ook meerdere kamers te gebruiken met verschillende chemische attractanten, in plaats van alleen L-serine. Dit zou een breder scala aan organismen kunnen activeren, waardoor de kans om diverse vormen van beweeglijk leven te detecteren, nog groter wordt.”
Meer bereiken met minder middelen
Kortom, de nieuw ontwikkelde test zou het gedrag van microben kunnen gebruiken als een cruciaal hulpmiddel bij het opsporen van buitenaardse levensvormen, bijvoorbeeld in de oceaan onder het ijskoude oppervlak van Jupiter’s maan Europa. “Onze aanpak zou het opsporen van leven niet alleen goedkoper en sneller kunnen maken, maar ook toekomstige missies in staat stellen meer te bereiken met minder middelen”, concludeert Riekeles. “Het zou een eenvoudige en efficiënte manier kunnen zijn om tijdens toekomstige Mars-missies naar leven te zoeken en een waardevolle aanvulling vormen op de huidige technieken voor het observeren van beweeglijkheid.”
Maar hoe zeker is Riekeles er eigenlijk van dat er buitenaards leven te vinden is? “Deze uitspraak komt natuurlijk met een flinke dosis onzekerheid, maar ik schat de kans op het vinden van buitenaards leven in de komende 50 jaar op ongeveer 50 procent – hoewel dit eigenlijk meer een gevoel is dan een statistische schatting”, zo zegt hij desgevraagd. “Als we geen tekenen van leven binnen ons zonnestelsel ontdekken (misschien in de komende eeuw), kan de zoektocht veel complexer worden. Het detecteren en interpreteren van biosignaturen van exoplaneten blijft een uitdaging, vaak met onduidelijke resultaten. Toch zijn technologische doorbraken moeilijk te voorspellen, en wie weet kunnen we leven op manieren opsporen die we nu nog niet kunnen bedenken. Ik ben dan ook benieuwd naar wat de toekomst brengt.”
