Van Europa tot Antarctica:onderzoek naar subglaciale microben

Als microbiologische veldwerklocatie is Europa zo onbereikbaar als maar kan:het ligt ruim 600 miljoen kilometer verderop en is ondoorgrondelijk koud. Hoe kunnen we dan bepalen of het leven zou kunnen overleven onder Europese omstandigheden? Eén idee is om analoge locaties op aarde te bestuderen:extreme omgevingen op aarde waarvan de omstandigheden lijken op die van verre werelden.

Door het microbiële leven in deze ecosystemen te karakteriseren, kunnen we inzicht krijgen in hoe het leven kan voortbestaan ​​op plaatsen die volkomen onherbergzaam zijn voor de meeste andere levensvormen. Het bestuderen van analoge sites kan ons ook aanwijzingen geven over welke soorten biosignaturen belangrijk kunnen zijn in verschillende omgevingen en helpen informeren waar onderzoekers naar zoeken in gegevens afkomstig van toekomstige missies naar Europa.

Jill Mikucki, Ph.D., universitair hoofddocent aan de Universiteit van Tennessee, Knoxville, bestudeert zo'n analoge locatie:Blood Falls, een kenmerk dat het eindpunt van de Taylor-gletsjer in de McMurdo Dry Valleys van Antarctica kleurt. Daar lekt een zilt, subglaciaal grondwaterecosysteem ijzerhoudende pekel naar de oppervlakte. Het ijzer oxideert bij contact met lucht, waardoor het uitstromende zoute water roestig rood kleurt en Blood Falls zijn griezelige uiterlijk en bijpassende naam krijgt.

"Het voelt buitenaards om in de droge valleien te werken en te kamperen", zei Mikucki. "Het kan extreem stil zijn... indringend. Maar als de wind aantrekt, kan hij brullen."

Een deel van de aantrekkelijkheid van Blood Falls als analoog komt voort uit de unieke geo- en hydrologische kenmerken. "Ik denk dat Blood Falls een geweldige analogie is voor studies over de oceaanwereld, omdat het een van de weinige plaatsen is waar vloeistof van onder het ijs naar de oppervlakte stroomt", legt Mikucki uit. "Bovendien is het zilt, dus het is net een mini-oceaanwereld die af en toe kleine hoeveelheden subglaciale vloeistoffen en de microbiële inhoud ervan naar buiten loost."

Deze kenmerken doen denken aan de Europan-pluimen die onder het ijs vandaan spuiten. "Bij Blood Falls kunnen we bestuderen hoe het leven onder het ijs eruit ziet, wat die overgang naar de oppervlakte inhoudt en hoe overleven aan de oppervlakte eruit ziet," zei Mikucki.

In 2009 publiceerden Mikucki en collega's een artikel waarin gedetailleerd werd beschreven hoe microben onder de Taylor-gletsjer mogelijk zwavel in een cyclus gebruiken en ijzer gebruiken als terminale elektronenacceptor, een rol die zuurstof speelt voor veel organismen op het aardoppervlak.

Dit soort metabolisme vindt plaats onder anaerobe omstandigheden (wanneer zuurstof beperkt is), wat in sommige omgevingen kan gebeuren bij fotosynthese van organismen die O₂ produceren. zijn afwezig. Dit ecosysteem ligt diep onder het ijs begraven en is mogelijk al meer dan 1 miljoen jaar van buitenaf geïsoleerd.

Mikucki werkt al meer dan twintig jaar aan subglaciale omgevingen, maar is nog steeds verbijsterd door enkele bevindingen van haar en haar team. De microbiële cellen groeien bijvoorbeeld heel langzaam onder het ijs en het kan een jaar of langer duren voordat ze zich delen.

"Alles verbijstert me nog steeds", lachte ze. "Ik vraag me af hoe lang deze pekel onder de Taylor-gletsjer heeft vastgezeten - en hoe, waar en onder welke omstandigheden deze is ontstaan. Hoe zijn deze microbiële gemeenschappen tijdens deze fysieke en chemische reis blijven bestaan?" Zou het leven op een soortgelijke manier op Europa kunnen voortduren? De jury is er nog niet uit, maar er worden pogingen ondernomen om meer gegevens te verzamelen.

Toekomstige missies naar Europa

De komende decennia zullen we Europa beter kunnen bekijken via twee missies:de JUICE (Jupiter Icy Moons Explorer) van de European Space Agency en de Europa Clipper van NASA. Terwijl de JUICE-missie, gelanceerd in april 2023, tot doel heeft Europa en twee andere Jupiter-manen te karakteriseren, zal NASA's Clipper-missie (gepland voor lancering in oktober 2024) zich richten op Europa.

Het doel van de Clipper is om de dikte van de ijskorst en de uitwisseling tussen het oppervlak en de oceaan te meten, en om de samenstelling en geologie van Europa te bestuderen. De twee ruimtevaartuigen zouden hun doelen in de jaren 2030 moeten bereiken en dan kunnen beginnen met het verzamelen en terugsturen van gegevens.

De mogelijkheid dat er leven buiten de aarde bestaat – en dat het heel anders kan zijn dan wat we hier hebben – is zowel opwindend als vernederend. Als we nooit leven buiten de aarde vinden, betekent dit dat wat hier gebeurde buitengewoon speciaal was. Als we dat doen, kan dat wat we denken te weten over het leven op zijn kop zetten en ons laten zien dat we niet alleen zijn in de enorme kosmos.

Aangeboden door American Society for Microbiology