Micro-organismen kunnen overleven op Mars

Een nieuwe studie van NASA’s Astrobioligie programma toont aan dat simpele organismen, die behoren tot de oudste levenssoorten op aarde, kunnen overleven in de extreem dunne atmosfeer van Mars.

Het Marsoppervlak is veelal koud en droog, maar er zijn steeds meer aanwijzingen dat de planeet miljarden jaren geleden rivieren, meren en zeeën moet gehad hebben. Vloeibaar water is een zeer belangrijke bestaansfactor voor leven, waardoor de wetenschappers de kans achten dat er lang geleden leven geëvolueerd is op Mars toen het er nog “nat” was. Dat leven zou er nu dus nog steeds kunnen zijn.

Artistieke impressie van Mars met water aan het oppervlak, indien er een micro-organisme geëvolueerd was. (ESO/M. Kornmesser)

“In nagenoeg alle omgevingen hier op aarde, vinden we wel een of andere soort micro-organismen,” aldus Rebecca Mickol, astrobiologe aan de Arkansas Center for Space and Planetary Sciences (Universiteit Arkansas) en hoofdauteur van de studie. “Het is moeilijk te geloven dat er geen andere organismen zijn op andere planeten of manen.”

Mickol en haar team beschreven hun onderzoek uitgebreid in de paper: Low Pressure Tolerance by Methanogens in an Aqueous Environment: Implications for Subsurface Life on Mars. De paper werd gepubliceerd in de Origins of Life and Evolution of Biospheres.

In voorgaande onderzoeken detecteerden men al methaan, de eenvoudigste organische molecule, in de Marsatmosfeer. De oorsprong ervan wordt anno 2017 onder andere verder bestudeerd door de ESA met de ExoMars missie. Hoewel er abiotische manieren (lees: niets met leven te maken, red.) zijn om methaan te produceren, waaronder vulkanische activiteit, is het meeste van dit kleurloze, geurloze en brandbare gas in de aardse atmosfeer afkomstig van levende bronnen (bv. vee dat eten verteerd).

“Een van de opwindende momenten voor mij was de ontdekking van methaan in de Marsatmosfeer,” zegt Mickol. “Op aarde is het meeste methaan van biologische oorsprong, geproduceerd door levende organismen. Dit zou dus ook van toepassing kunnen zijn voor Mars. Natuurlijk zijn er ook nog een hele boel alternatieve bronnen op Mars. Bovendien blijft het voorkomen van leven op Mars erg controversieel, maar dat draagt enkel bij tot de verwondering.”

Op aarde produceren organismen, gekend als methanogenen, methaangas. Hier op aarde vind je ze voornamelijk in moerassen, maar bijvoorbeeld ook in de darmen van vee, termieten en andere herbivoren en ook in rottende of dode organisch materie.

Methanogenen zijn één van de eenvoudigste en oudste organismen op aarde. Deze micro-organismen zijn anaëroob en behoeven dus geen zuurstof.  Waterstof gebruiken ze dan weer voor hun energievoorziening.

Methanogenen in deze proefbuizen, samen met voedingsstoffen, zand en water, overleefden de blootstelling aan de Martiaanse vries-dooi cycli. (R. Mickol)

Deze eenvoudige levensvorm behoeft dus geen zuurstof of fotosynthese. Wat betekent dat ze net onder het Marsoppervlak kunnen overleven. In de bodem zijn ze afgeschermd van de grote concentraties aan schadelijke UV-straling, die op de rode planeet veel hoger zijn dan op aarde. Dit maakt methanogenen de ideale kandidaten voor leven op Mars.

De bodem net onder het Marsoppervlak is echter wel blootgesteld aan de extreme lage atmosferische druk, die over het algemeen ongeschikt is voor leven. De druk aan de oppervlakte van Mars varieert gemiddeld van 1/100 tot 1/1000 die van de aarde. Te laag om vloeibaar water aan het oppervlak te onderhouden. In de zeer ijle lucht gaat water ook nog eens zeer snel koken. In vergelijking: de luchtdruk op het hoogste punt van de aarde, de top van de Mount Everest, is ongeveer 1/3 van de luchtdruk op zeeniveau.

Om te zien of methanogenen kunnen overleven in zeer ijle lucht, experimenteerde Mickol en haar team met vier verschillende soorten methanogenen: Methanothermobacter wolfeii, Methanosarcina barkeri, Methanobacterium formicicum en Methanococcus maripaludis. Er wordt al ruim 20 jaar gebruik gemaakt van deze soorten om hun overlevingsgraad in Martiaanse omstandigheden te meten.

In recente experimenten werden ze gekweekt in proefbuizen met vloeistoffen die mogelijk in ondergrondse stromen aanwezig zijn op Mars. Ze werden gevoed met waterstof gas en de vloeistoffen werden bedekt met watten en aarde (simulatie van bodem). Vervolgens werden ze blootgesteld aan een extraam lage atmosferische druk.

R. Mickol en N. Sinha laden de methanogenen in de Pegasus Chamber van het Keck labo (Universiteit van Arkansas)

“Zuurstof is dodelijk voor de methanogenen en een lage druk, maar zuurstofvrije omgeving creëren, bleek een moeilijke taak,” aldus Mickol. Bovendien verdampt water zeer snel bij een lage druk. Dit beïnvloedt de duur van een experiment en kan het vacuüm systeem beschadigen doordat er ongewenst water in stroomt.

Ondanks deze problemen ontdekten wetenschappers dat methanogenen de blootstellingen aan deze extreme condities 3 tot 21 dagen konden overleven in een atmosferische druk van slechts
6/1000 die van de aarde. “Deze experimenten tonen aan dat voor sommige soorten een lage atmosferische druk niet noodzakelijk dodelijk is.”

De wetenschappers maten ook de methaanuitstoot om na te gaan of methanogenen ook actief groeien onder deze condities en bijgevolg dus methaan produceren.

“De volgende stap is om ook de factor temperatuur in te bouwen in de experimenten. Marstemperaturen duiken tijdens de nacht vaak onder -100°C. Op de warmste dagen van het jaar kunnen de temperaturen rond de middag boven het vriespunt uit komen. We zouden temperaturen net boven het vriespunt kunnen nemen, maar de extreme koude beperkt verdamping van de vloeistoffen en geeft een realistischere simulatie van de Marsomgeving,” aldus Mickol.

Mickol benadrukt dat deze experimenten niet bewijzen dat er leven is op andere planeten. Toch acht ze het, gezien de verscheidenheid aan levensvormen op aarde in de meest extreme omgevingen, best mogelijk dat er leven bestaat (bacteriën of microorganismen) ergens in het heelal. “We staan gewoon open voor dit idee,” zegt ze.