In tweeën gedeelde boorkernen van sedimenten uit de diepzee. Kevin King

Zombie-microben in diepzeesedimenten zijn te futloos om aan hun eten te geraken

Diep in de oceaanbodem wemelen de sedimenten van bizarre zombieachtige microben. Ze leven wel degelijk, maar doen alles zo traag, dat men ze al goed moet bekijken om daar iets van te merken. Een nieuwe studie zocht verklaringen naar hoe ze overleven door hun "voedselbron" te onderzoeken, nabijgelegen moleculen van organische koolstof. En het blijkt dat ze niet of nauwelijks gebruiken. De studie biedt betere inzichten in de beperkingen van leven in het algemeen, zowel op aarde als op andere planeten.

De zombie-microben in de oceaansedimenten groeien in slow motion, en ze kunnen er tientallen jaren over doen om zich te splitsen in twee nieuwe eencellige bacteriën, iets wat hun verwanten aan de oppervlakte in enkele minuten klaren. Ze leven dus wel, maar ze vertonen weinig tekenen van leven. 

Onderzoekers van het Woods Hole Oceanographic Institute (WHOI) in Massachusetts hebben nu lange boorkernen onderzocht die door de onderzoeksschepen Knorr en Revelle genomen zijn in het midden van de noordelijke Atlantische Oceaan en de zuidelijke Stille Oceaan. 

Door de sedimenten in die kernen te analyseren met zeer intensieve röntgenstraling, ontdekten ze dat ze lage niveaus van organische koolstofmoleculen bevatten - stukjes van oude eiwitten van organismen die al lang dood zijn -, bewaard in sedimenten die tot 25 miljoen jaar oud zijn. 

Onder normale omstandigheden zou koolstof in deze vorm snel opgeslokt worden door microben. In de sedimenten diep in het midden van de Atlantische en Stille Oceaan zit er niet veel van, wat maakt dat het plaatsen zijn waar micro-organismen het moeilijk hebben om te overleven. En voor een bacterie die toevallig op een dergelijke molecule uitkomt, zou dat een klein feestmaal vormen. Maar om een of ander reden, maken de microben in de buurt niet ten volle gebruik van die meevaller. 

Het systeem voor de lange boorkernen aan boord van het onderzoeksschip Knorr. Hoe langer de kernen, hoe dieper ze gaan, waarbij ze oudere sedimenten verzamelen die een weergave vormen van de omstandigheden en gebeurtenissen in de oceanen en het klimaat van de planeet. Kevin King

Vreemd onevenwicht

"Vanuit een puur scheikundig perspectief bekeken, zouden ze in staat moeten zijn om al die koolstof te metaboliseren [om te zetten in hun stofwisseling], maar dat doen ze niet", zei Emily Estes in een persmededeling van het WHOI. Estes is de belangrijkste auteur van de nieuwe studie, en nu een postdoctoraal onderzoeker aan de University of Delware. Ten tijde van de studie was ze doctoraatsstudent in het Joint Program van MIT-WHOI, waar ze direct samenwerkte met mede-auteur Colleen Hansel. 

De aanwezigheid van koolstof is ongewoon, zo voegde ze eraan toe, omdat de sedimenten ook zuurstof bevatten. Normaal gezien zouden de soorten microben die daar welig tieren, de beide chemische stoffen gebruiken. Zuurstof dient als een soort van "brandstof" voor de stofwisseling en voor andere biochemische reacties in de organismen, koolstof levert de grondstoffen voor die reacties, en laat de cellen toe hun eigen structuren en organellen - kleine "orgaantjes" met een bepaalde functie in de cel - opnieuw op te bouwen. 

Maar in de sedimenten van diep onder de oceaanbodem is het evenwicht tussen de twee chemische stoffen zoek, en is de verhouding op een vreemde manier scheef getrokken in het voordeel van koolstof. 

Hoofdauteur Emily Estes (rechts) en student aan de Boston University Chloe Anderson verdelen een boorkern tijdens een expeditie op de Atlantische Oceaan aan boord van het onderzoeksschip Knorr. Kevin King

Futloze microben

Het is niet volledig duidelijk waarom er een overschot aan organische koolstof overblijft, zei Estes, maar haar studie heeft alvast een verklaring die de ronde deed, kunnen afwijzen. Eerder onderzoek stelde dat de microben het overschot aan koolstof niet "opaten", omdat het aanwezig was in een vorm die de microben niet kunnen metaboliseren. 

Estes en haar collega's hebben echter ontdekt dat de  organische koolstof wel in een vorm voorkomt die bruikbaar is voor de microben, en dat de koolstof in essentie dezelfde structuur heeft doorheen de sedimenten. 

In de plaats daarvan, zo zei ze, is een meer plausibel antwoord dat de koolstof zich verbonden heeft aan mineralen in het sediment, en op die manier onbeschikbaar is. Ze geeft ook nog een derde mechanisme, dat waarschijnlijk nog het meeste invloed heeft, namelijk dat de microben fysiek niet in staat zijn het overschot aan koolstof te bereiken.  Diep onder de oceaanbodem is die voedselbron erg dun gespreid, en de microben zijn te traag en futloos om veel op zoek te gaan. 

"Gezien vanuit het standpunt van de microbe, kan de koolstof net buiten bereik zijn. Als je in een toestand leeft waar je niet veel energie op overschot hebt, zoals deze organismen, kan het eenvoudigweg te moeilijk zijn om om rond te zwemmen of te kruipen om de koolstof te vinden", zei Colleen Hansel, een microbiologisch geochemicus aan het WHOI. 

"Wat ik bijzonder opwindend vind, is dat dit onderzoek ons kan helpen een aantal beperkingen aan het leven in het algemeen te begrijpen, of het nu onder de zeebodem is, of op een andere planeet, of op de maan", zo voegde ze eraan toe. "Als we de omstandigheden onder ogen nemen die buitenaards microbiologisch leven zouden kunnen mogelijk maken, zou de fysieke omgeving net zo belangrijk kunnen zijn als de chemische omgeving. Microben die leven in een omgeving die eilandjes van voedingsstoffen bevat, die fysiek van elkaar verwijderd zijn, en slechts weinig voorkomen, kunnen eenvoudigweg geen gebruik maken van die energiebron om te groeien." 

De studie van Emily Estes en haar Amerikaanse en Japanse collega's is gepubliceerd in Nature Geoscience

Meest gelezen