Sinds de jaren 70, toen de Voyager sondes beelden vastlegden van Europa's ijzige oppervlak, wetenschappers vermoedden dat er leven zou kunnen bestaan in de binnenste oceanen van manen in het buitenste zonnestelsel. Sindsdien is er ander bewijs naar voren gekomen dat deze theorie heeft ondersteund, variërend van ijzige pluimen op Europa en Enceladus, inwendige modellen van hydrothermale activiteit en zelfs de baanbrekende ontdekking van complexe organische moleculen in de pluimen van Enceladus.
Op sommige locaties in het buitenste zonnestelsel zijn de omstandigheden echter erg koud en kan water alleen in vloeibare vorm bestaan vanwege de aanwezigheid van giftige antivrieschemicaliën. Volgens een nieuwe studie van een internationaal team van onderzoekers is het echter mogelijk dat bacteriën in deze zilte omgevingen zouden kunnen overleven. Dit is goed nieuws voor diegenen die bewijs willen vinden van leven in extreme omgevingen van het zonnestelsel.
De studie met details over hun bevindingen, getiteld "Enhanced Microbial Survivability in Subzero Brines", verscheen onlangs in het wetenschappelijke tijdschrift. Astrobiologie. De studie werd uitgevoerd door Jacob Heinz van het Centrum voor Astronomie en Astrofysica aan de Technische Universiteit van Berlijn (TUB), en omvatte leden van Tufts University, Imperial College London en Washington State University.
Kortom, op lichamen zoals Ceres, Callisto, Triton en Pluto - die ver van de zon verwijderd zijn of geen inwendige verwarmingsmechanismen hebben - wordt aangenomen dat inwendige oceanen bestaan vanwege de aanwezigheid van bepaalde chemicaliën en zouten (zoals ammoniak). Deze 'antivries'-verbindingen zorgen ervoor dat hun oceanen lagere vriespunten hebben, maar creëren een omgeving die te koud en giftig zou zijn voor het leven zoals we dat nu kennen.
Omwille van hun studie probeerde het team te bepalen of microben inderdaad in deze omgevingen zouden kunnen overleven door tests uit te voeren Planococcus halocryophilus, een bacterie gevonden in de Arctische permafrost. Vervolgens onderwierpen ze deze bacterie aan oplossingen van natrium, magnesium en calciumchloride, evenals perchloraat, een chemische verbinding die door de Phoenix-lander op Mars werd gevonden.
Vervolgens onderwierpen ze de oplossingen aan temperaturen van + 25 ° C tot -30 ° C door middel van meerdere vries- en ontdooicycli. Wat ze ontdekten, was dat de overlevingskansen van de bacteriën afhankelijk waren van de oplossing en de temperaturen die ermee gemoeid waren. Zo hadden bacteriën die waren gesuspendeerd in monsters die chloride bevatten (zoutoplossing) betere overlevingskansen dan die in monsters die perchloraat bevatten - hoewel de overlevingskansen toenamen naarmate de temperatuur daalde.
Zo ontdekte het team dat bacteriën in een natriumchloride (NaCl) -oplossing binnen twee weken stierven bij kamertemperatuur. Maar toen de temperatuur werd verlaagd tot 4 ° C (39 ° F), begon het overlevingsvermogen te stijgen en bijna alle bacteriën overleefden tegen de tijd dat de temperatuur -15 ° C (5 ° F) bereikte. Ondertussen hadden bacteriën in de magnesium- en calciumchloride-oplossingen hoge overlevingskansen bij –30 ° C (-22 ° F).
De resultaten varieerden ook voor de drie zoutoplosmiddelen afhankelijk van de temperatuur. Bacteriën in calciumchloride (CaCl2) hadden significant lagere overlevingspercentages dan die in natriumchloride (NaCl) en magnesiumchloride (MgCl2) tussen 4 en 25 ° C (39 en 77 ° F), maar lagere temperaturen verhoogden de overleving in alle drie. De overlevingspercentages in perchloraatoplossing waren veel lager dan in andere oplossingen.
Dit was echter in het algemeen in oplossingen waarbij perchloraat 50% van de massa van de totale oplossing uitmaakte (wat nodig was om het water bij lagere temperaturen vloeibaar te houden), wat aanzienlijk giftig zou zijn. Bij concentraties van 10% konden bacteriën nog steeds groeien. Dit is half goed nieuws voor Mars, waar de grond minder dan één gewichtsprocent perchloraat bevat.
Heinz wees er echter ook op dat de zoutconcentraties in de bodem anders zijn dan die in een oplossing. Toch zou dit nog steeds goed nieuws kunnen zijn als het om Mars gaat, aangezien temperaturen en neerslagniveaus erg lijken op delen van de aarde - de Atacama-woestijn en delen van Antarctica. Het feit dat bacteriën dergelijke omgevingen op aarde kunnen overleven, geeft aan dat ze ook op Mars kunnen overleven.
Over het algemeen gaf het onderzoek aan dat koudere temperaturen de overlevingskansen van microben verhogen, maar dit hangt af van het type microbe en de samenstelling van de chemische oplossing. Zoals Heinz aan Astrobiology Magazine vertelde:
"[Alle] reacties, inclusief die waarbij cellen worden gedood, zijn langzamer bij lagere temperaturen, maar de overlevingskansen van bacteriën namen niet veel toe bij lagere temperaturen in de perchloraatoplossing, terwijl lagere temperaturen in calciumchloride-oplossingen een duidelijke overlevingskans opleverden. "
Het team ontdekte ook dat bacteriën het beter deden in zoutere oplossingen als het ging om vries- en ontdooicycli. Uiteindelijk geven de resultaten aan dat de overlevingskansen allemaal neerkomen op een zorgvuldig evenwicht. Terwijl lagere concentraties chemische zouten ervoor zorgden dat bacteriën konden overleven en zelfs konden groeien, zouden de temperaturen waarbij water in vloeibare toestand zou blijven, worden verlaagd. Het gaf ook aan dat zoute oplossingen de overlevingskansen van bacteriën verbeteren als het gaat om vries- en ontdooicycli.
Natuurlijk benadrukte het team dat alleen omdat bacteriën onder bepaalde omstandigheden kunnen blijven bestaan, dit niet betekent dat ze daar zullen gedijen. Zoals Theresa Fisher, een promovendus aan de School of Earth and Space Exploration van de Arizona State University en co-auteur van het onderzoek, uitlegde:
“Overleving versus groei is een heel belangrijk onderscheid, maar het leven weet ons nog steeds te verrassen. Sommige bacteriën kunnen niet alleen overleven bij lage temperaturen, maar vereisen ook dat ze metaboliseren en gedijen. We moeten proberen onbevooroordeeld te zijn in de veronderstelling wat nodig is om een organisme te laten gedijen, niet alleen te overleven. "
Als zodanig werken Heinz en zijn collega's momenteel aan een ander onderzoek om te bepalen hoe verschillende concentraties van zouten over verschillende temperaturen de bacteriële voortplanting beïnvloeden. Ondertussen kunnen deze studie en andere soortgelijke studies een uniek inzicht geven in de mogelijkheden voor buitenaards leven door beperkingen op te leggen aan het soort omstandigheden waarin ze kunnen overleven en groeien.
Deze studies bieden ook hulp als het gaat om het zoeken naar buitenaards leven, omdat als we weten waar het leven kan bestaan, we ons kunnen concentreren op onze zoekinspanningen. De komende jaren zullen missies naar Europa, Enceladus, Titan en andere locaties in het zonnestelsel op zoek gaan naar biosignaturen die de aanwezigheid van leven op of in deze lichamen aangeven. De wetenschap dat het leven kan overleven in koude, zilte omgevingen, biedt extra mogelijkheden.
