De bodem van de rotsachtige bergrug in centraal Antarctica heeft nooit micro-organismen bevat.
Voor het eerst hebben wetenschappers ontdekt dat er geen leven lijkt te zijn in de bodem van het aardoppervlak. De bodem is afkomstig van twee door de wind geteisterde rotsachtige bergruggen in het binnenland van Antarctica, op 480 kilometer van de Zuidpool, waar duizenden meters ijs de bergen binnendringen.
"Mensen hebben altijd gedacht dat microben robuust waren en overal konden leven", zegt Noah Firer, een microbieel ecoloog aan de Universiteit van Colorado in Boulder, wiens team de bodem bestudeert. Eencellige organismen zijn immers aangetroffen in hydrothermale bronnen met temperaturen boven de 93 graden Celsius, in meren onder een ijslaag van 800 meter op Antarctica en zelfs op 36.000 meter boven de stratosfeer van de aarde. Maar na een jaar werk hebben Ferrer en zijn promovendus Nicholas Dragon nog steeds geen tekenen van leven gevonden in de Antarctische bodem die ze hebben verzameld.
Firer en Dragone bestudeerden bodems van elf verschillende bergketens, die een breed scala aan omstandigheden vertegenwoordigden. Bodems uit lagere en minder koude berggebieden bevatten bacteriën en schimmels. Maar in sommige bergen van de twee hoogste, droogste en koudste bergketens zijn geen tekenen van leven te vinden.
"We kunnen niet zeggen dat ze steriel zijn", zei Ferrer. Microbiologen zijn gewend om miljoenen cellen in een theelepel aarde te vinden. Daarom kan een zeer klein aantal (bijvoorbeeld 100 levensvatbare cellen) onopgemerkt blijven. "Maar voor zover we weten, bevatten ze geen micro-organismen."
Of sommige grond nu echt verstoken is van leven of later blijkt dat er nog levende cellen in zitten, nieuwe bevindingen die onlangs zijn gepubliceerd in het tijdschrift JGR Biogeosciences zouden kunnen helpen bij de zoektocht naar leven op Mars. De Antarctische grond is permanent bevroren, vol giftige zouten, en heeft al twee miljoen jaar niet veel vloeibaar water gehad – vergelijkbaar met de grond van Mars.
Ze werden verzameld tijdens een door de National Science Foundation gefinancierde expeditie in januari 2018 naar afgelegen gebieden in het Transantarctisch Gebergte. Ze trekken door het binnenland van het continent en scheiden het hooggelegen poolplateau in het oosten van het laaggelegen ijs in het westen. De wetenschappers zetten hun kamp op op de Shackleton-gletsjer, een 96 kilometer lange transportband van ijs die door een kloof in de bergen stroomt. Ze gebruikten helikopters om naar grote hoogte te vliegen en monsters langs de gletsjer te verzamelen.
In de warme, vochtige bergen aan de voet van een gletsjer, slechts een paar honderd meter boven zeeniveau, ontdekten ze dat de bodem bewoond werd door dieren die kleiner waren dan een sesamzaadje: microscopisch kleine wormen, achtpotige beerdiertjes, raderdiertjes en kleine wormpjes, springstaarten genaamd. Gevleugelde insecten. Deze kale, zanderige bodems bevatten minder dan een duizendste van de hoeveelheid bacteriën die je in een goed onderhouden gazon aantreft, genoeg om voedsel te bieden aan de kleine herbivoren die zich onder de oppervlakte schuilhouden.
Maar deze tekenen van leven verdwenen geleidelijk toen het team hogere bergen dieper in de gletsjer bezocht. Boven op de gletsjer bezochten ze twee bergen – Mount Schroeder en Mount Roberts – die meer dan 2100 meter hoog zijn.
De bezoeken aan Schroeder Mountain waren bruut, herinnert Byron Adams zich, bioloog aan Brigham Young University in Provo, Utah, die het project leidde. De temperatuur op deze zomerdag ligt rond het vriespunt. De huilende wind verdampte langzaam het ijs en de sneeuw, waardoor de bergen kaal werden. Dit vormde een constante bedreiging voor het tillen en gooien van de tuinscheppen die ze hadden meegenomen om het zand op te graven. Het land is bedekt met roodachtig vulkanisch gesteente dat in de loop van honderden miljoenen jaren door wind en regen is geërodeerd, waardoor het gegroefd en gepolijst is.
Toen de wetenschappers de rots optilden, ontdekten ze dat de basis bedekt was met een korst van witte zouten – giftige kristallen van perchloraat, chloraat en nitraat. Perchloraten en chloraten, corrosief-reactieve zouten die gebruikt worden in raketbrandstof en industriële bleekmiddelen, komen ook in overvloed voor op het oppervlak van Mars. Omdat er geen water is om weg te spoelen, hoopt het zout zich op in deze droge Antarctische bergen.
"Het is net als monsters nemen op Mars," zei Adams. Als je er een schep in steekt, "weet je dat je de eerste bent die de bodem in eeuwigheid – misschien wel miljoenen jaren – verstoort."
De onderzoekers suggereerden dat ze zelfs op zulke grote hoogte en onder de zwaarste omstandigheden nog steeds levende micro-organismen in de bodem zouden aantreffen. Maar die verwachtingen begonnen eind 2018 te vervagen, toen Dragon een techniek genaamd polymerasekettingreactie (PCR) gebruikte om microbieel DNA in de bodem te detecteren. Dragon testte 204 monsters van bergen boven en onder de gletsjer. Monsters van lagere, koelere bergen leverden grote hoeveelheden DNA op; maar de meeste monsters (20%) van grote hoogte, waaronder de meeste van Mount Schroeder en het Robertsmassief, werden niet getest op resultaten, wat erop wees dat ze zeer weinig of misschien zelfs helemaal geen micro-organismen bevatten.
"Toen hij me voor het eerst wat resultaten liet zien, dacht ik: 'Er klopt iets niet'", zei Ferrell. Hij dacht dat er iets mis moest zijn met het monster of de laboratoriumapparatuur.
Dragon voerde vervolgens een reeks aanvullende experimenten uit om te zoeken naar tekenen van leven. Hij behandelde de grond met glucose om te zien of bepaalde organismen in de grond deze omzetten in koolstofdioxide. Hij probeerde een chemische stof genaamd ATP te ontdekken, die door al het leven op aarde wordt gebruikt om energie op te slaan. Maandenlang kweekte hij stukken grond in verschillende voedingsmengsels om bestaande micro-organismen ertoe te bewegen kolonies te vormen.
"Nick heeft deze monsters tot het uiterste getest," zei Ferrell. Ondanks al deze tests vond hij nog steeds niets in sommige grondsoorten. "Het is echt verbazingwekkend."
Jacqueline Gurdial, milieumicrobioloog aan de Universiteit van Guelph in Canada, noemt de resultaten "aantrekkelijk", vooral Dragons pogingen om te bepalen welke factoren de kans op het vinden van micro-organismen op een bepaalde locatie beïnvloeden. Hij ontdekte dat grote hoogte en hoge chloraatconcentraties de sterkste voorspellers waren van het niet vinden van leven. "Dit is een zeer interessante ontdekking", zei Goodyear. "Dit vertelt ons veel over de grenzen van het leven op aarde."
Ze is er niet helemaal van overtuigd dat de bodem in hun gebied echt levenloos is, wat deels te wijten is aan haar eigen ervaringen in een ander deel van Antarctica.
Enkele jaren geleden bestudeerde ze bodems uit een vergelijkbare omgeving in het Transantarctisch Gebergte, een gebied 800 kilometer ten noordwesten van de Shackleton-gletsjer, University Valley genaamd, waar de vochtigheidsgraad of de smelttemperatuur mogelijk al 120.000 jaar niet significant was. Toen ze de bodem 20 maanden liet incuberen bij -5 °C, een typische zomertemperatuur in de vallei, vertoonde de bodem geen tekenen van leven. Maar toen ze bodemmonsters een paar graden boven het vriespunt verhitte, vertoonden sommige bacteriegroei.
Wetenschappers hebben bijvoorbeeld ontdekt dat bacteriële cellen zelfs na duizenden jaren in gletsjers in leven blijven. Wanneer ze vast komen te zitten, kan de stofwisseling van de cel een miljoen keer vertragen. Ze komen in een toestand waarin ze niet langer groeien, maar alleen nog DNA-schade herstellen die is veroorzaakt door kosmische straling die het ijs binnendringt. Goodyear vermoedt dat deze "trage overlevers" degenen zijn die ze in College Valley heeft gevonden. Ze vermoedt dat als Dragone en Firer tien keer meer grond hadden geanalyseerd, ze ze in het Roberts Massif of Schroeder Mountain hadden kunnen vinden.
Brent Christner, die aan de Universiteit van Florida in Gainesville onderzoek doet naar microben in Antarctica, gelooft dat deze hooggelegen, droge grondsoorten de zoektocht naar leven op Mars kunnen verbeteren.
Hij merkte op dat de ruimtesondes Viking 1 en Viking 2, die in 1976 op Mars landden, experimenten uitvoerden om leven te detecteren, deels gebaseerd op studies van laaggelegen grond nabij de kust van Antarctica, een gebied dat de Droge Valleien wordt genoemd. Sommige van deze grondsoorten worden in de zomer nat door smeltwater. Ze bevatten niet alleen micro-organismen, maar op sommige plaatsen ook kleine wormen en andere dieren.
Daarentegen bieden de hogere, drogere bodems van Mount Roberts en Mount Schroeder wellicht betere testgebieden voor Marsinstrumenten.
"Het oppervlak van Mars is erbarmelijk slecht aan toe", zei Christner. "Geen enkel organisme op aarde kan overleven op het oppervlak" – tenminste niet op de bovenste paar centimeter. Elk ruimtevaartuig dat daarheen gaat op zoek naar leven, moet voorbereid zijn om te opereren op enkele van de meest barre plekken op aarde.
Copyright © 1996–2015 National Geographic Society. Copyright © National Geographic Partners, LLC, 2015-2023. Alle rechten voorbehouden.