Het extreem harde Laguna Caliente-meer in de krater van de Poás-vulkaan, Costa Rica. Krediet: Justin Wang
Het meer wordt gedomineerd door bacteriën van een enkel 'extremofiel' geslacht.
Een paar gespecialiseerde microben overleven omstandigheden die analoog zijn aan die van maartvroege geschiedenis, meldt een nieuwe publicatie in Grenzen in astronomie en ruimtewetenschap-en dit kan te danken zijn aan een breed scala aan aanpassingen.
Het hydrothermale kratermeer van de Poás-vulkaan in Costa Rica is een van de meest vijandige habitats op aarde. Het water is ultra-zuur, vol giftige metalen en de temperaturen variëren van comfortabel tot kokend. Bovendien veroorzaken terugkerende 'freatische uitbarstingen' plotselinge explosies van stoom, as en steen. Ondanks dergelijke dodelijke uitbarstingen, kunnen hydrothermische omgevingen de plaats zijn waar de vroegste vormen van leven op aarde zijn begonnen - en mogelijk ook op Mars, als er ooit leven was. Naast het ontdekken hoe leven deze barre omstandigheden kan overleven, geeft het bestuderen van deze microben aanwijzingen over of en hoe leven op Mars zou kunnen hebben bestaan.
"Een van onze belangrijkste bevindingen is dat we in dit extreme vulkanische meer slechts een paar soorten micro-organismen hebben gedetecteerd, maar toch een potentieel veelvoud aan manieren waarop ze kunnen overleven", zegt eerste auteur Justin Wang, een afgestudeerde student aan de Universiteit van Colorado Boulder, in de Verenigde Staten. “We denken dat ze dit doen door te overleven aan de rand van het meer wanneer er zich uitbarstingen voordoen. Dit is wanneer het hebben van een relatief breed scala aan genen nuttig zou zijn."
De krater en zijn extreem harde meer, Laguna Caliente, worden gedomineerd door een enkel geslacht van extremofiele Acidiphilium-bacteriën. Krediet: Justin Wang
Deze huidige interdisciplinaire samenwerking is een vervolg op eerder werk uit 2013. Op dat moment ontdekten de onderzoekers dat er slechts één microbiële soort uit de Acidiphilium geslacht in het vulkanische meer van Poás. Het is niet verwonderlijk dat dit type bacterie vaak wordt aangetroffen in zuur mijnafvoeren en hydrothermische systemen, en het is bekend dat ze meerdere genen hebben die zijn aangepast aan verschillende omgevingen.
In de daaropvolgende jaren was er een reeks uitbarstingen en het team keerde in 2017 terug om te zien of er veranderingen waren opgetreden in de microbiële diversiteit en om de biochemische processen van de organismen uitgebreider te bestuderen. Dit laatste werk laat zien dat er iets meer biodiversiteit was, maar nog steeds een dominantie van de Acidiphilium bacteriën.
Door DNA sequentiëring van de organismen in de meermonsters, bevestigde het team dat de bacteriën een breed scala aan biochemische mogelijkheden hadden om hen mogelijk te helpen extreme en dynamische omstandigheden te verdragen. Deze omvatten routes om energie te creëren met behulp van zwavel, ijzer, arseen, koolstoffixatie (zoals planten), zowel eenvoudige als complexe suikers en bioplastische korrels (die micro-organismen kunnen creëren en gebruiken als energie- en koolstofreserves tijdens stress of hongersnood).
Veldwerk aan het Lagune Caliente-meer in het vulkanische meer van Poás, Costa Rica. Krediet: Justin Wang
"We hadden veel van de genen verwacht die we vonden, maar we hadden er niet zoveel van verwacht gezien de lage biodiversiteit van het meer", zegt Wang. “Dit was nogal een verrassing, maar het is absoluut elegant. Het is logisch dat het leven zich zo zou aanpassen aan het leven in een actief vulkanisch kratermeer.”
Ondanks de vaak dodelijke omgeving leveren hydrothermale systemen de meeste belangrijke ingrediënten voor de evolutie van het leven, waaronder warmte, water en energie. Dit is de reden waarom toonaangevende theorieën voor zowel de aarde als Mars zich op deze locaties concentreren. Tot nu toe zijn eerdere pogingen in search van het leven op Mars hebben zich geconcentreerd op stroombeddingen of rivierdelta's, maar de auteurs suggereren dat er meer aandacht moet worden besteed aan de locaties van vroegere warmwaterbronnen (die miljarden jaren op Mars aanwezig waren).
"Ons onderzoek biedt een raamwerk voor hoe 'leven op aarde' had kunnen bestaan in hydrothermale omgevingen op Mars", legt Wang uit. “Maar of er ooit leven op Mars heeft bestaan en of het lijkt op de micro-organismen die we hier hebben, is nog steeds een grote vraag. We hopen dat ons onderzoek het gesprek stuurt om prioriteit te geven aan het zoeken naar tekenen van leven in deze omgevingen, er zijn bijvoorbeeld enkele goede doelen op de kraterrand van Jezero Crater, waar de Perseverance-rover zich nu bevindt.
Referentie: "Microbial Survival in an Extreme Martian Analog Ecosystem: Poás Volcano, Costa Rica" door Justin L. Wang, Nicholas B. Dragone, Geoffroy Avard en Brian M. Hynek, 28 januari 2022, Grenzen in astronomie en ruimtewetenschappen.
DOI: 10.3389/fspas.2022.817900
