Nieuw onderzoek door een trans-Atlantisch team van wetenschappers suggereert dat bacteriën kunnen overleven in zilte chemicaliën die op Mars voorkomen. Enceladus, Europa, Pluto en mogelijk elders.

De ontdekking van pluimen en ondergrondse oceanen op Jupiters maan Europa, organische materialen op Mars, en de waarschijnlijkheid van hydrothermale bronnen in de oceanen van Saturnusmaan Enceladus, de mensheid dichter bij het ontdekken van het leven elders. Een dergelijk leven zou extreme omgevingen moeten weerstaan, en eerdere studies geven aan dat verschillende soorten bacteriën dat kunnen.

Vloeibare oceanen op sommige lichamen ver van de zon hebben lagere vriespunten vanwege chemicaliën en zouten die antivries vormen, dus het microbiële leven zou zowel de temperaturen als de elementen moeten overleven. Om in te zoomen op parameters voor microbiële overleving, onderzoekers van de Technische Universiteit van Berlijn, Tufts-universiteit, Imperial College Londen, en de Washington State University hebben tests uitgevoerd met Planococcus halocryophilus, een bacterie die voorkomt in de Arctische permafrost.

Ze onderwierpen de bacteriën aan natrium, magnesium- en calciumchloride-cocktails, evenals oplossingen van perchloraat, dat is een chemische verbinding die Mars kan helpen om in de zomer vloeibaar water vast te houden. Hoofdauteur Jacob Heinz, van het Centrum voor Astronomie en Astrofysica van de Technische Universiteit van Berlijn, zegt dat de onderzoekers verder gingen dan de conventionele natriumchlorideoplossing omdat "er veel meer is dan dat op Mars."

Giftig voor het leven

Omdat perchloraten in grote concentraties giftig zijn, onderzoekers wilden bepalen of, hoeveel en in welke concentraties ze de overlevingskansen van bacteriën kunnen remmen. Overlevingspercentages voor bacteriën in perchloraat waren veel lager dan in alle andere oplossingen, hoewel bij temperaturen zo laag als -30 graden Celsius (-22 graden Fahrenheit), de tarieven waren iets beter.

Heinz legt uit dat de laagste vriespuntverlaging - de mate waarin een opgeloste stof de vriestemperatuur van een oplossing kan verlagen - voor perchloraat ongeveer 50 procent van de massa van de totale oplossing vereist, wat ongelooflijk hoog is in vergelijking met de vriespuntverlaging van andere chloriden. Gezien de toxiciteit ervan, de lage overlevingskansen van bacteriën in geconcentreerde perchloraatoplossingen is niet verrassend.

Betekent dit dat Mars geen microbieel leven kan ondersteunen? Volgens Heinz, leven is daar nog steeds een mogelijkheid. De aanwezigheid van perchloraat "zou het leven op Mars of elders niet uitsluiten, "zegt hij. "Bacteriën in perchloraatoplossingen van tien procent kunnen nog steeds groeien." De oppervlaktebodem van Mars bevat minder dan één gewichtsprocent perchloraat, maar Heinz wijst erop dat de zoutconcentraties in oplossingen anders zijn dan die in de bodem.

Aangepast om te overleven

Vloeibare perchloraatoplossingen kunnen ook worden verdund om het overlevingsvermogen van de bacteriën te vergroten. hoewel een evenwicht tussen concentratie en temperatuur zou moeten worden gehandhaafd.

Theresia Visser, een doctoraat student aan de School of Earth and Space Exploration van de Arizona State University, die zich richt op microbiële ecologie en planetaire bewoonbaarheid, is het ermee eens dat de resultaten van het onderzoek de overleving van bacteriën op Mars niet uitsluiten - in feite, misschien het tegenovergestelde.

Plaatsen zoals de Atacama-woestijn ('s werelds droogste omgeving) in Chili en delen van Antarctica hebben relatief hoge perchloraatniveaus, Fisher vertelt Astrobiology Magazine.

"Het zou me verbazen als microben geen manier hebben ontwikkeld om met die toxiciteit om te gaan, " ze zegt.

Over het algemeen, koudere temperaturen verhogen de microbiële overleving, maar temperatuur is geen "one-size-fits-all"-factor - het type microbe en de samenstelling van de chemische oplossing bepalen ook de goede plek voor overlevingskansen. De onderzoekers ontdekten dat bacteriën in een natriumchloride (NaCl)-oplossing binnen twee weken bij kamertemperatuur stierven. Bij vier graden Celsius, overleving nam toe, en zodra de temperatuur -15 graden Celsius bereikte (5 graden Fahrenheit), bijna alle bacteriën overleefden. NaCl heeft een hoger vriespunt (-21 graden Celsius/-5,8 graden Fahrenheit) dan de andere zouten; bacteriën in de magnesium- en calciumchloride-oplossingen hadden hoge overlevingspercentages bij -30 graden Celsius (-22 graden Fahrenheit).

Dit is niet verwonderlijk omdat "alle reacties, inclusief degenen die cellen doden, zijn langzamer bij lagere temperaturen, " zegt Heinz, "maar de overlevingskansen van bacteriën namen niet veel toe bij lagere temperaturen in de perchloraatoplossing, terwijl lagere temperaturen in calciumchlorideoplossingen een duidelijke toename van de overlevingskansen opleverden."

Resultaten varieerden ook tussen de drie meer conventionele zoutoplosmiddelen. Bacteriën in calciumchloride (CaCl2) hadden significant lagere overlevingspercentages dan die in natriumchloride (NaCl) en magnesiumchloride (MgCl2) tussen 4 en 25 graden Celsius, maar lagere temperaturen verhoogden de overleving in alle drie.

Onderzoekers onderwierpen de bacteriën aan talrijke vries-/dooicycli, variërend van 25 graden Celsius (77 graden Fahrenheit) tot -50 graden Celsius (-58 graden Fahrenheit). Mars kan behoorlijk dramatische veranderingen in de oppervlaktetemperatuur ondergaan, zowel overdag als seizoensgebonden, afhankelijk van de locatie op de planeet zegt Heinz. De gemiddelde temperatuur op Mars is ongeveer -60 graden Celsius (-76 graden Fahrenheit), met temperaturen aan de polen die dalen tot -125 graden Celsius (-193 graden Fahrenheit). Bijgevolg, bacteriën moeten extreme schommelingen kunnen doorstaan ​​om te overleven.

Over het algemeen, zoutere oplossingen verbeterden de overlevingskansen van bevriezen / ontdooien. Volgens Visser, "bacteriën, bij stress, schokreacties hebben. Ze produceren specifieke eiwitten die hen helpen zich aan te passen, overleven, en omgaan met schadelijke omgevingen." Het toevoegen van 10 procent natriumchloride verminderde het microbiële sterftecijfer van 20 procent naar 7 procent en verhoogde het aantal vries-/dooicycli die de bacteriën konden doorstaan ​​van 70 naar 200. Bacteriën produceren stabiliserende eiwitten als een schokreactie op zware omgevingen, Visser legt uit, "maar er zijn maar zo veel shock-eiwitten die bacteriën kunnen produceren."

Overleven versus groei

Hoewel de studie inzicht geeft in buitenaardse microbiële mogelijkheden, Heinz benadrukt het verschil tussen overleven en bloeien. Alleen omdat bacteriën onder bepaalde omstandigheden bestaan, wil nog niet zeggen dat ze echt groeien. Heinz werkt momenteel aan een ander onderzoek om te bepalen hoe verschillende zoutconcentraties bij verschillende temperaturen de verspreiding van bacteriën beïnvloeden.

"Overleven versus groei is een heel belangrijk onderscheid, "Visser bevestigt, "maar het leven weet ons toch te verrassen. Sommige bacteriën kunnen niet alleen overleven bij lage temperaturen, maar vereisen dat ze metaboliseren en gedijen. We moeten proberen onbevooroordeeld te zijn in het aannemen van wat nodig is om een ​​organisme te laten gedijen, niet alleen overleven."

Studies die verschillende zoutoplossingen onderzoeken, concentraties, en temperaturen helpen wetenschappers bij het zoeken naar leven, of in ieder geval mogelijkheden niet uitsluiten, zoals microbiële overleving in toxisch perchloraat. Andere variabelen beïnvloeden de zoektocht naar leven, zoals het vermogen van een bacterie om straling of extreme atmosferische druk te weerstaan. Er kunnen zelfs factoren zijn die we nog niet kennen, maar bij elke studie there's one fewer haystack to search.

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