Leven ontdekt in het dodelijke blauwe slijk van de oceaan

Vreemde blauwe modder, vreemde overlevers

Tijdens een recente diepzee-expeditie haalden wetenschappers een sedimentkern van anderhalve meter aan felblauwe, serpentinietmodder naar boven uit een cluster moddervulkanen in de Mariana-forearc. Ze vonden daar iets onverwachts: chemische sporen die sterk doen denken aan leven. De signalen zijn niet afkomstig van intacte genomen, maar van lipidmoleculen — vetten die celmembranen vormen — en ze wijzen op gemeenschappen van microben die een moeizaam bestaan leiden in een wereld van gesteente, waterstof en een alkaliniteit die bijna gelijk is aan die van bleekmiddel.

Het onderzoeksteam publiceerde een gedetailleerde studie over deze lipid-biomarkerresultaten en de geologische context van de monsters, waarbij ze de omgeving beschreven als een chemosynthetische, door serpentiniet gedomineerde biosfeer onder de zeebodem.

Wat is deze "blauwe smurrie"?

De smurrie is een vorm van serpentinietmodder die ontstaat wanneer zeewater reageert met ultramafisch stollingsgesteente tijdens subductie- en alteratieprocessen. Waar siliciumarm, magnesiumrijk gesteente reageert met water, kunnen producten zoals bruciet en andere mineralen ontstaan die de modder een opvallende blauwgroene tint geven. Deze afzettingen worden via moddervulkanen omhoog geduwd en kunnen lokale pockets van zeer alkalisch sediment vormen op de zeebodem.

Analyses van de herstelde kern laten zien dat het poriewater van de modder een extreem hoge pH-waarde bereikt — ongeveer 12 — en zeer lage concentraties organische koolstof en nutriënten bevat, wat het tot een van de meest chemisch vijandige habitats maakt die bekend zijn voor leven. Onder dergelijke omstandigheden falen conventionele methoden voor het detecteren van DNA vaak omdat het aantal cellen minuscuul is en genetisch materiaal afbreekt; het team wendde zich daarom tot veerkrachtigere chemische fossielen: membraanlipiden.

Hoe wetenschappers bewijs voor leven vinden zonder DNA

Lipid-biomarkers zijn koolwaterstoffen en gemodificeerde vetten die afkomstig zijn van celmembranen en detecteerbaar blijven lang nadat andere biomoleculen zijn vergaan. Verschillende groepen bacteriën en archaea produceren karakteristieke lipiden; gecombineerd met koolstofisotoopmetingen en de minerale context kunnen die moleculen onthullen welke metabolismen actief waren en of het materiaal modern of een relict is. In deze studie identificeerden onderzoekers lipid-signaturen die consistent zijn met methaan- en sulfaat-metaboliserende microben — metabolismen die verbonden zijn aan de chemische energie die beschikbaar is in serpentinietsystemen.

Cruciaal is dat de isotopische patronen en de moleculaire conservatie wijzen op een gemengd dossier: sommige lipiden weerspiegelen levende of onlangs levende populaties, terwijl andere oudere, gefossiliseerde gemeenschappen registreren die in het geologische verleden actief waren. Die combinatie suggereert dat de moddervulkanen episodische of aanhoudende microbiële activiteit kunnen herbergen, ondanks de extreme pH en het schaarse organische voedsel.

Waar de monsters vandaan kwamen en waarom ze belangrijk zijn

De kernen werden verzameld tijdens een expeditie in 2022 met een onderzoeksschip dat de Mariana-forearc verkende — een tektonisch actief gebied waar oceanische korst onder een andere plaat wordt gedrukt. De expeditie ontdekte niet eerder in kaart gebrachte moddervulkanen en haalde de blauwe modder naar boven die later in laboratoria op het vasteland werd geanalyseerd met behulp van uiterst gevoelige massaspectrometrie en isotooptechnieken. Het team heeft ook veel van de ruwe data openbaar gearchiveerd om onafhankelijk vervolgonderzoek mogelijk te maken.

Waarom is dit van belang, afgezien van de nieuwsgierigheid naar een vreemde kleur op de zeebodem? Serpentiniet-omgevingen produceren waterstof, methaan en een sterk reducerende chemie — een soort chemische 'gratis lunch' voor microben die niet afhankelijk zijn van zonlicht. Omdat soortgelijke gesteente-waterreacties waarschijnlijk plaatsvonden op de vroege aarde, en mogelijk voorkomen op andere werelden met vloeibaar water en ultramafische gesteenten, worden deze moddervulkanen gezien als moderne analogen voor primordiale habitats en potentiële astrobiologische toevluchtsoorden. Het nieuwe bewijs uit biomarkers versterkt het idee dat chemosynthetisch leven kan gedijen, of op zijn minst kan overleven, op plaatsen die voorheen als steriel werden beschouwd.

Geen monster — maar nog steeds een buitengewoon ecosysteem

Populaire beschrijvingen die het materiaal "dodelijke smurrie" of een "buitenaardse blob" noemen, zijn suggestief maar kunnen misleidend zijn: het sediment zelf is chemisch extreem, maar het is geen zelfreplicerend organisme. De term spreekt tot de verbeelding, en met goede reden — de blauwe modder is visueel spectaculair en de ontdekking daagt simpele aannames over habitabiliteit uit — toch is de wetenschappelijke claim nauwkeurig: moleculaire overblijfselen wijzen op microbiële metabolismen die verbonden zijn aan serpentinisatie, niet op een of ander nieuw macroscopisch 'smurrie'-wezen. De betrokken microben zijn microscopisch klein en chemotroof; ze maken gebruik van anorganische elektronendonoren en -acceptoren in plaats van fotosynthese.

Volgende stappen: microben kweken en een verborgen biosfeer in kaart brengen

Bredere implicaties: koolstofcyclus en habitabiliteit

De verwondering behouden, de hype beperken

De ontdekking van lipid-biomarkers in blauwe serpentinietmodder is een elegant voorbeeld van speurwerk op de grens van geologie en microbiologie: wanneer één klasse biosignaturen te zwak is om te detecteren, kan een andere — chemisch robuustere — verborgen leven onthullen. Het is ook een herinnering dat extreme omgevingen laboratoria zijn voor het begrijpen van de veerkracht van het leven en de mogelijke oorsprong ervan. Naarmate vervolgstudies microben kweken, de in-situ-chemie meten en het onderzoek uitbreiden naar andere forearc-systemen, zullen we een helderder beeld krijgen van hoe wijdverspreid deze gemeenschappen zijn en wat ze betekenen voor de diepe biosfeer van de aarde en de astrobiologie.

Voor nu is de boodschap duidelijk: de oceaan verbergt nog steeds omgevingen die de verwachtingen tarten, en de blauwe smurrie bij de Mariana-forearc is minder een monster en meer een venster naar leven dat tot het uiterste wordt gedreven.

James Lawson is een onderzoeksjournalist op het gebied van wetenschap en technologie bij Dark Matter. Hij heeft een MSc in Science Communication en een BSc in Physics van University College London en schrijft vanuit het VK over de ruimte, AI en opkomende technologieën.