Een internationaal team van onderzoekers onder leiding van de Queen Mary University of London heeft ontdekt dat micro-organismen begraven in sediment onder de zeebodem kunnen overleven met minder energie dan voorheen bekend was om het leven te ondersteunen. De studie heeft implicaties voor het begrijpen van de limiet van het leven op aarde en het potentieel voor leven elders.

De studie, gepubliceerd in het tijdschrift wetenschappelijke vooruitgang , gebruikt gegevens van de onderzeebodem om innovatieve modellen te construeren die de oceanen verdelen in honderdduizenden individuele rastercellen. Vervolgens werd een globaal beeld van de biosfeer onder de zeebodem samengesteld, waaronder belangrijke levensvormen en biogeochemische processen.

Door gegevens over de verdeling en hoeveelheden koolstof en microbieel leven in de diepe biosfeer van de aarde te combineren met de snelheid van biologische en chemische reacties, de onderzoekers konden het 'stroomverbruik' van individuele microbiële cellen bepalen, met andere woorden, de snelheid waarmee ze energie gebruiken. Al het leven op aarde gebruikt constant energie om actief te blijven, metabolisme ondersteunen, en uitvoeren van essentiële functies zoals groei, en de reparatie en vervanging van biomoleculen.

De resultaten laten zien dat microben onder de zeebodem overleven met veel minder energie dan ooit eerder is aangetoond dat ze enige vorm van leven op aarde ondersteunen. Door de bewoonbare grenzen van het leven op te rekken om omgevingen met lagere energie te omvatten, de bevindingen zouden toekomstige studies kunnen informeren over waar, wanneer en hoe het leven ontstond op een vijandige vroege aarde, en waar het leven zich elders in het zonnestelsel zou kunnen bevinden.

Dr. James Bradley, Docent Milieuwetenschappen aan Queen Mary zei:"Als we nadenken over de aard van het leven op aarde, we hebben de neiging om aan de planten te denken, dieren, microscopisch kleine algen, en bacteriën die gedijen op het aardoppervlak en in de oceanen - constant actief, groeien en zich voortplanten. Toch laten we hier zien dat een hele biosfeer van micro-organismen - net zoveel cellen als in alle aardse bodems of oceanen, nauwelijks genoeg energie hebben om te overleven. Velen van hen bestaan ​​eenvoudigweg in een grotendeels inactieve staat - groeien niet, niet delen, en niet in ontwikkeling. Deze microben gebruiken minder energie dan we eerder dachten dat mogelijk was om het leven op aarde te ondersteunen.

"De gemiddelde mens verbruikt ongeveer 100 watt aan stroom, wat betekent dat hij elke seconde ongeveer 100 joule aan energie verbruikt. Dit komt ongeveer overeen met het vermogen van een plafondventilator, een naaimachine, of twee standaard gloeilampen. We berekenen dat de gemiddelde microbe die vastzit in diepzeesedimenten, overleeft op vijftig miljard miljard keer minder energie dan een mens."

Jan Amend, Directeur van het Center for Dark Energy Biosphere Investigations (C-DEBI) aan de University of Southern California, en co-auteur van de studie, zei:"Eerdere studies van het leven in de onderzeese bodem - en er zijn veel goede geweest - waren voornamelijk gericht op wie er is, en hoeveel ervan is er. Nu graven we dieper in ecologische vragen:wat doet het, en hoe snel doet hij het? Inzicht in de vermogenslimieten van het leven vormt een essentiële basis voor microbieel leven op aarde en elders."

De bevindingen roepen fundamentele vragen op over onze definities van wat leven is, evenals de grenzen van het leven op aarde, en elders. Met zo weinig energie beschikbaar, het is onwaarschijnlijk dat organismen zich kunnen voortplanten of delen, maar gebruiken in plaats daarvan deze minuscule hoeveelheid energie voor 'onderhoud' - het vervangen of repareren van hun beschadigde onderdelen. Het is waarschijnlijk, daarom, dat veel van de microben die op grote diepten onder de zeebodem worden gevonden, overblijfselen zijn van populaties die duizenden tot miljoenen jaren geleden ondiepe kustgebieden bewoonden. In tegenstelling tot organismen op het aardoppervlak, die werken op korte (dagelijkse en seizoensgebonden) tijdschalen volgens de zon, het is waarschijnlijk dat deze diep begraven microben op veel langere tijdschalen bestaan, zoals de beweging van tektonische platen, en veranderingen in het zuurstofgehalte en de circulatie in de oceaan.

Het onderzoek werpt ook licht op hoe de microben interageren met chemische processen die diep onder de zeebodem plaatsvinden. Terwijl zuurstof de meeste energie levert aan microben, het is in overweldigende schaarste aanwezig - aanwezig in minder dan 3 procent van de sedimenten.

Anoxische sedimenten, echter, zijn veel wijder verspreid, bevatten vaak micro-organismen die energie verkrijgen door methaan te genereren, een krachtig broeikasgas. Ondanks dat ze praktisch inactief zijn, de microbiële cellen in de mariene sedimenten van de aarde zijn zo talrijk, en overleven over zulke buitengewoon lange tijdschalen, dat ze fungeren als een belangrijke aanjager van de koolstof- en nutriëntenkringlopen van de aarde, en zelfs de concentratie van CO2 in de atmosfeer van de aarde gedurende duizenden tot miljoenen jaren beïnvloeden.

"De bevindingen van het onderzoek stellen niet alleen de aard en de grenzen van het leven op aarde in vraag, maar elders in het heelal, " voegde Dr. Bradley eraan toe. "Als er leven bestaat op bijvoorbeeld Mars of Europa, het zou hoogstwaarschijnlijk zijn toevlucht zoeken in de ondergrond van deze energiebeperkte planetaire lichamen. Als microben maar een paar zeptowatt aan vermogen nodig hebben om te overleven, er kunnen overblijfselen van bestaand leven zijn, lang sluimerend maar technisch nog 'levend', onder hun ijzige oppervlak."