De aanwezigheid van microbieel leven in de stratosfeer van de aarde opent niet alleen een nieuwe arena om extremofielen te bestuderen, maar vergroot het scala aan mogelijke omgevingen waarin we leven op andere planeten kunnen vinden. Dit is de conclusie van een nieuwe studie die een samenvatting geeft van wat we tot nu toe weten over het leven in de stratosfeer.

De stratosfeer is de atmosferische zone die direct boven de dynamische troposfeer ligt waar we leven, maar het is vooral een mysterie als het gaat om het leven dat daar bestaat.

Je realiseert het je misschien niet als je uit een vliegtuigraam staart (we vliegen door de laagste niveaus van de stratosfeer als we over 35, 000 voet), maar er zijn allerlei soorten micro-organismen, volgens professor Shiladitya DasSarma, die microbioloog is aan de University of Maryland School of Medicine, VS , en een co-auteur van de nieuwe studie, die is gepubliceerd in het tijdschrift Current Opinion in Microbiology.

"Over het algemeen, mensen denken er niet aan dat microben in de lucht zijn, ", vertelt hij aan Astrobiology Magazine. "Maar er is een gezegde in de microbiologie:alles is overal."

Echter, er zijn "op dit moment zeer weinig studies" die naar het atmosferische bioom kijken. Een deel van het probleem is dat er een lage dichtheid van cellen is in een grote hoeveelheid lucht. Maar als je het globaal bekijkt, de aantallen zijn significant:1021 is de huidige schatting voor het aantal cellen dat jaarlijks in de atmosfeer wordt opgetild.

Nog altijd, de betrokken ruimte is enorm:"Als je het hebt over de hele atmosfeer van een planeet, hoe doe je daar een overzicht van?" vraagt ​​Priya DasSarma, een onderzoekswetenschapper ook van de Universiteit van Maryland en de hoofdauteur van de studie. Ze suggereert dat het een gemeenschapsoefening zou moeten zijn met een lange tijdlijn, wat uiteindelijk zou resulteren in wat zij een 'Atlas van Stratosferische Microben' noemt.

"Zo'n programma zou ongelooflijk productief en interessant en de moeite waard zijn, " ze zegt, niet alleen voor wat het ons kan vertellen over het leven op aarde, maar ook hoe cellen kunnen overleven en zich zelfs kunnen aanpassen aan het leven op andere planeten. Dat heeft implicaties als het gaat om planetaire bescherming (andere planeten niet blootstellen aan terrestrische ziektekiemen), en voor astrobiologie in het algemeen.

"Als we de reactie van het aardse leven in extreme omgevingen op aarde meten, we meer kunnen leren over bewoonbaarheid in het hele zonnestelsel en waar we de zoektocht naar leven elders kunnen verfijnen, " zegt Dr. David J. Smith, een senior microbioloog in de Space Biosciences Division van het Ames Research Center van NASA.

Extreme omgeving

De omstandigheden in de stratosfeer zijn wreed – het is een droge, koud, hypobaar (d.w.z. lage druk), ultraviolet doordrenkte omgeving, daarom dient het als een geschikte analogie voor het leven op andere werelden met vergelijkbare omstandigheden.

"De temperaturen, UV en droogte zijn vergelijkbaar met Mars, dus het is een geweldige proxy, " zegt Shiladitya DasSarma. Niettemin, het leven duurt voort. Bacteriën en schimmels sterven meestal in dit soort omgeving, maar degenen die overleven, doen dat via een paar strategieën. Bijvoorbeeld, het vormen van sporen is een beproefde manier om genetisch materiaal te beschermen.

Maar zelfs niet-sporenvormende extremofielen hebben mechanismen om zichzelf te beschermen. "Er is een grote verscheidenheid aan stress-overlevingsmechanismen, " zegt Shiladitya DasSarma. "Voor UV, een aantal [extremofielen] hebben DNA-schadeherstelmechanismen. Anderen hebben extra, rustigere methoden, zoals extreme halofielen die situaties met zeer laag water kunnen overleven omdat hun eiwitten zijn ontworpen om elke kleine hoeveelheid water vast te houden."

Andere werelden besmetten

Als het leven de omstandigheden in de stratosfeer kan overleven, misschien kan het leven ook in de ruimte overleven. Als het gaat om microben die liften op interplanetaire ruimtevaartuigen, het wordt steeds belangrijker dat we weten welke van deze bacteriën, archaea of ​​schimmels kunnen overleven, omdat we uit de stratosfeerstudies weten dat koude temperaturen, UV-straling en andere factoren zullen niet elke laatste cel doden.

Momenteel, ruimteagentschappen, waaronder NASA, hebben een mandaat om andere planeten niet bloot te stellen aan de microfauna van de aarde, dus er worden voorzorgsmaatregelen genomen voordat landers worden gelanceerd. In de meeste gevallen zal er waarschijnlijk niet veel in leven blijven nadat een ruimtevaartuig is overgoten met kosmische straling. Echter, we weten uit ervaring hoe sterk invasieve soorten op aarde kunnen zijn - er is een reden waarom het leven "overal" op aarde is.

"We weten dat Mars een stoffige planeet is en dat ruimtevaartuigen bedekt met stof sommige microbiële lifters kunnen overschaduwen, " zegt Smit, die in 2017 een paper publiceerde waarin dit idee werd onderzocht. "Ook, een deel van de bioburden [de hoeveelheid microben die op ruimtevaartuigen overleven] is diep in de hardware van het ruimtevaartuig ingebed waar ze worden beschermd tegen straling, de effecten van UV aanzienlijk verminderen of volledig elimineren." Met slechts minimale bescherming, microben kunnen dezelfde strategieën gebruiken waarmee ze in de stratosfeer kunnen overleven - zoals DNA-herstel van UV-schade, of wateropslag - om ver van de aarde in leven te blijven.

Het is belangrijk om in gedachten te houden dat overleven niet noodzakelijkerwijs bloeien betekent. Alleen omdat een organisme het haalt, zeggen, Mars, betekent niet dat het levensvatbaar zal zijn en zich zal voortplanten. Daarom weten we meer over extremofielen, vooral die in de stratosfeer van de aarde, is essentieel.

Omgekeerd, op een gegeven moment willen we misschien dat sommige van deze micro-organismen gedijen, omdat goede bacteriën belangrijke partners voor ons zullen zijn bij het opzetten van menselijke kolonies. "If we want to go to Mars and inhabit it, we are going to want to bring whatever microbes and macrobes [i.e. larger lifeforms] with us that we need to survive there, " says Priya DasSarma. "But we don't want to bring anything that contaminates or destroys the environment that we're going to."

Knowing how and why tough organisms persist in the stratosphere above our heads will be important when it comes to protecting planets that we explore in the short term. In de tussentijd, looking farther into the future, those same extreme lifeforms could eventually help us to survive on other worlds as we expand out into the galaxy.

Dit verhaal is opnieuw gepubliceerd met dank aan NASA's Astrobiology Magazine. Verken de aarde en daarbuiten op www.astrobio.net.