Diep verborgen in eeuwenoude Hawaïaanse lavagrotten hebben wetenschappers totaal onbekende bacteriesoorten ontdekt. Dat is op zich al bijzonder, maar daarnaast bieden ze ook nog inzicht in hoe leven kan bestaan in extreme omstandigheden, zoals op Mars. 

In de lavagrotten op Hawaï bevinden zich veel meer bacteriesoorten dan wetenschappers tot nu toe dachten, schrijven ze in een nieuwe studie die in Frontiers in Microbiology is gepubliceerd. Ze vormen een voorbeeld van leven in extreme omgevingen zoals op Mars en op de vroege Aarde lang geleden, klinkt het verder. De onderzoekers bestudeerden de diversiteit en interactie binnen de gevonden microbiële ecosystemen. Een van de verrassende resultaten was dat er een groep bacteriën, de Chloroflexi, bestaat, die vaak als ‘hub’-soort fungeert. Dat wil zeggen dat ze verbonden zijn met vele andere soorten en meestal een ecologische sleutelrol vervullen in de bacteriegemeenschap.

Zwarte materie
“Er zijn mogelijk oude geslachten van bacteriën, zoals de Chloroflexi-stam, die een belangrijke ecologische taak hebben”, zegt hoofdonderzoeker Rebecca Prescott van het NASA Johnson Space Center en de University of Hawaiʻi. “De Chloroflexi vormen een extreem diverse groep bacteriën met veel verschillende rollen in allerlei omgevingen, maar ze zijn nog weinig bestudeerd dus we weten niet wat ze doen in deze gemeenschappen. Sommige wetenschappers noemen zulke groepen ‘microbiële zwarte materie’, oftewel de ongeziene en nooit bestudeerde micro-organismen in de natuur.”

Ongezien vulkanisch leven
Om een beeld te krijgen van de ontwikkeling van de bacteriële gemeenschappen, namen Prescott en collega’s zeventig monsters van allerlei plaatsen in en rond de lavagrotten, onder meer van actieve fumarolen, oudere en jongere lavatunnels en grotten, die minder dan 400 jaar oud en tussen de 500 en 800 jaar oud waren. Ze keken naar de diversiteit en hoeveelheid bacteriegroepen in elk monster. De netwerken van andere daar voorkomende bacteriën boden daarnaast ook inzicht in hoe deze microben met elkaar interacteren.

De onderzoekers verwachtten dat er in de ruigste omstandigheden – de geothermische plekken – de minste diversiteit voor zou komen en juist meer in de bewoonbaardere lavatunnels. Hoewel dat ook klopte, was het team verrast dat de interacties tussen de bacteriegemeenschappen complexer waren in de zwaardere omstandigheden dan op locaties met een hogere diversiteit. “Dit brengt ons bij de vraag of een extreme omgeving helpt om een interactievere microbiële gemeenschap te creëren met micro-organismen die afhankelijker van elkaar zijn”, aldus Prescott. “En als dat zo is, wat is het dan op deze extreme plekken dat daarvoor zorgt?”

Een formatie van stalactieten in een Hawaïaanse grot met kopermineralen en witte microbiële koloniën. Hoewel koper giftig is voor veel organismen kunnen deze microben er wel tegen. Foto: Kenneth Ingham

Aangezien de Chloroflexi en een andere stam, Acidobacteriën genaamd, op alle plekken aanwezig waren, spelen ze mogelijk een belangrijke rol in deze bacteriegemeenschappen. Toch waren dit niet de grootste groepen bacteriën. De individuele gemeenschappen op verschillende locaties vertoonden bovendien een grote variatie in de diversiteit en complexiteit van de microbiële interactie. In tegenstelling tot wat de onderzoekers dachten waren de meest overvloedige bacteriegroepen, de Oxyfotobacteriën en de Actinobacteriën, meestal geen ‘hub’-soorten, dus wellicht zijn ze wel met velen, maar is hun rol minder belangrijk voor de algehele structuur van de bacteriegemeenschap.

Meer vragen dan antwoorden
De studie kan nog niet goed de bacteriesoort of hun taak bepalen in de gemeenschap. Daarvoor is verder onderzoek nodig. “In het algemeen maakt deze studie duidelijk hoe belangrijk het is om microben te bestuderen in gezelschap van andere soorten en niet geïsoleerd in een laboratorium”, aldus Prescott. “In de echte wereld groeien microben niet geïsoleerd. Ze groeien, leven en interacteren juist met vele andere micro-organismen in een zee van chemische signalen van die andere microben. Dit kan hun genexpressie veranderen en effect hebben op hun taken in de gemeenschap.”

Groene en paarse biofilm (een laag micro-organismen met slijm) en microbiële afzettingen komen veel voor op de geothermisch actieve plekken in de grotten. Ze bevatten vaak de unieke cyanobacteriën Gloeobacter kilaueensis. Foto: Stuart Donachie

Het bestuderen van bacteriesoorten in een vulkanische omgeving kan ons zoals gezegd meer inzicht bieden in het leven in moeilijke omstandigheden, zoals die golden tijdens het vroege bestaan van de aarde en mogelijk op Mars. Maar het is bijvoorbeeld ook nuttig om te begrijpen hoe microben vulkanisch gesteente (basalt) in aarde veranderen. Bovendien kan het onderzoek een rol spelen in onder meer de biotechnologie.