Het leven zoals we het kennen heeft water nodig om te gedijen. Toch, we zien dat het leven voortduurt in de droogste omgevingen op aarde. Maar hoe droog is te droog? Op welk punt is een omgeving te extreem voor zelfs micro-organismen, de kleinste en vaak meest veerkrachtige levensvorm, overleven? Deze vragen zijn belangrijk voor wetenschappers die op zoek zijn naar leven buiten de aarde, ook op de planeet Mars. Om deze vraag te helpen beantwoorden, een onderzoeksteam van NASA's Ames Research Center in Silicon Valley in Californië reisde naar de droogste plek op aarde:de Atacama-woestijn in Chili, een strook land van 1000 kilometer aan de westkust van Zuid-Amerika.

De Atacama-woestijn is een van de omgevingen van de aarde die het dichtst bij het uitgedroogde oppervlak van Mars komt. Maar de Atacama is niet gelijkmatig droog. Wanneer u reist van het relatief minder droge zuidelijke einde van de woestijn in centraal Chili naar het extreem droge centrum in het noorden van Chili, de jaarlijkse neerslag verschuift van enkele millimeters regen per jaar naar slechts enkele millimeters regen per decennium.

Deze ongelijkmatig droge omgeving biedt de mogelijkheid om bij afnemende neerslag naar leven te zoeken. Door vast te stellen hoeveel water een omgeving nodig heeft om bewoonbaar te zijn, d.w.z. levensvormen kunnen ondersteunen, het onderzoeksteam kon vaststellen dat er een droge grens van bewoonbaarheid bestaat.

"Op aarde, we vinden overal bewijs van microbieel leven, " zei Mary Beth Wilhelm, een astrobioloog bij Ames en hoofdauteur van de nieuwe studie gepubliceerd in het tijdschrift Astrobiologie deze maand. "Echter, in extreme omgevingen, het is belangrijk om te weten of een microbe slapend is en nauwelijks overleeft, of echt levend en wel."

Biologen definiëren iets als levend als het in staat is te groeien en zich voort te planten. Als microben gewoon overleven of een paar basisfuncties uitvoeren, ze zullen binnen één generatie sterven zonder enige genetische informatie door te geven. Bij het zoeken naar het potentieel van leven op Mars, wetenschappers moeten zien dat deze reproductie plaatsvindt, wat leidt tot bevolkingsgroei en genetische verandering van generatie op generatie.

"Door te leren of en hoe microben in extreem droge gebieden op aarde in leven blijven, we hopen beter te begrijpen of Mars ooit microbieel leven had en of het tot vandaag had kunnen overleven, ’ zei Wilhelmus.

Een teken van stress is een teken van leven

Wetenschappers hebben een paar hulpmiddelen om erachter te komen of een monster groeit of gewoon overleeft. Een belangrijk teken is stress. Lang genoeg leven om te groeien en zich aan te passen in extreme woestijnen zoals de Atacama - of mogelijk op Mars - is geen gemakkelijke taak. Als het leven echt groeit in deze extreem droge omgeving, het zal gestrest zijn, terwijl een sluimerend leven eenvoudigweg niet zal overleven. Omdat slapend leven niet eens kan proberen te groeien of zich voort te planten, er zijn geen stressmarkers, zoals veranderingen in de structuur van bepaalde celmoleculen. Astrobiologen kunnen op zoek gaan naar enkele veelbetekenende tekenen van deze stress om te zoeken naar bewijs van groei in de uitgedroogde bodems.

Het wetenschappelijke team verzamelde bodemmonsters uit de hele Atacama-woestijn en bracht ze terug naar hun laboratorium in Ames. Daar, ze voerden tests uit om stressmarkers in de monsters te identificeren door te kijken naar kenmerken die alle bekende levende organismen gemeen hebben.

Eén stressmarker is te vinden in lipiden, moleculen die het buitenoppervlak van een levende microbiële cel vormen, bekend als zijn membraan. Wanneer cellen worden blootgesteld aan stressvolle omstandigheden, hun lipiden veranderen van structuur, stijver worden.

Wetenschappers vonden deze marker in minder droge delen van de Atacama, maar het ontbrak op mysterieuze wijze in de droogste streken, waar microben meer gestrest zouden moeten zijn. Op basis van deze en andere resultaten het team is van mening dat er een overgangslijn bestaat tussen waar minieme hoeveelheden water nog genoeg zijn om leven te laten groeien en waar de omgeving zo droog is dat micro-organismen alleen overleven zonder groei in de oppervlaktegrond in de Atacama.

Daten met de overblijfselen van het leven

Wetenschappers kunnen zien hoe lang cellen dood zijn door een soort molecuul te bestuderen dat aminozuren wordt genoemd. de bouwstenen van eiwitten. De structuren van deze aminozuren nemen twee vormen aan, elk een spiegelreflectie van de ander, als een paar handen. In feite, deze "handigheid" is de term die wetenschappers gebruiken om deze structuren te beschrijven.

Al het leven op aarde is gebouwd met "linkshandige" aminozuurmoleculen. Echter, wanneer een cel sterft, sommige van zijn aminozuren veranderen met een bekende snelheid in de reflecterende "rechtshandige" structuur, uiteindelijk balanceren in een 50-50 verhouding over vele jaren.

Door te kijken naar deze verhouding in de droogste Atacama-bodems, de wetenschappers vonden daar microben die al minstens 10 dood zijn, 000 jaar. Zelfs de overblijfselen van dit oude leven vinden is uiterst zeldzaam, en verrassend voor een monster dat op het aardoppervlak zit.

Klaar voor Mars

Mars is 1, 000 keer droger dan zelfs de droogste delen van de Atacama, waardoor het minder waarschijnlijk is dat microbieel leven zoals we dat kennen op het aardoppervlak bestaat, zelfs met enige toegang tot water. Echter, zelfs in de droogste gebieden van de Chileense woestijn, overblijfselen van vroeger microbieel leven uit nattere tijden in de geschiedenis van Atacama waren duidelijk aanwezig en goed bewaard gebleven gedurende duizenden jaren. Dit betekent dat, omdat wetenschappers weten dat Mars een natter was, meer levendige planeet in zijn verleden, sporen van dat oude leven zijn misschien nog intact.

"Voordat we naar Mars gaan, we kunnen de Atacama gebruiken als een natuurlijk laboratorium en, op basis van onze resultaten, onze verwachtingen aanpassen voor wat we zouden kunnen vinden als we daar aankomen, "zei Wilhelm. "Wetend dat het oppervlak van Mars vandaag de dag misschien te droog is om leven te laten groeien, maar dat sporen van microben duizenden jaren kunnen blijven bestaan, helpt ons om betere instrumenten te ontwerpen om niet alleen naar leven op en onder het aardoppervlak te zoeken, maar om te proberen de geheimen van zijn verre verleden te ontrafelen."