Leven op Mars: Waar komt het methaan vandaan?

De Marsrover "Curiosity" ontdekte de sporen van water op de rotswanden op Mars, zogenaamde "Recurring Slope Lineae" (RSL). (© NASA)

Veldonderzoek in de Atacama-woestijn in Chili. Hier heersen mars-achtige omstandigheden. (© TU Berlin_Research Group Astrobiology)

Veldonderzoek in de Atacama-woestijn in Chili. Hier heersen mars-achtige omstandigheden. (© TU Berlin_Research Group Astrobiology)

Als de NASA Marsrover „Curiosity“ in juni 2018 organische moleculen op Mars vond, was de wetenschappelijke wereld enthousiast. Het betekende dat leven op de Rode Planeet ooit heeft kunnen bestaan of misschien zelfs nog steeds mogelijk is. Recentelijk toonden nieuwere metingen van de „Curiosity“ aan dat de concentraties van het stofwisselingproduct methaan door het jaar heen variëren. Wie of wat produceert dus sporadisch het methaan? Voor het eerst kon de werkgroep van de astrobioloog Prof. Dr. Dirk Schulze-Makuch van het Centrum voor Astronomie en Astrofysica van de TU Berlin in een experiment aantonen dat bepaalde microben (Archaea) in mars-achtige, zoute bodems niet alleen kunnen overleven, maar ook stofwisseling kunnen uitvoeren – alleen met kooldioxide en waterstof als energie- en brandstofbronnen – en dat dit gebeurt met slechts minimale hoeveelheden water die het zoute gesteente uit de atmosfeer onttrekt. Het methaan zou dus van hen afkomstig kunnen zijn – een verdere belangrijke inzicht in de zoektocht naar leven op Mars. De resultaten werden door de wetenschappers gepubliceerd in de nieuwste uitgave van Springer Nature Scientific Reports.

„De lage gemiddelde temperatuur en wateractiviteit aan het oppervlak van Mars maken het voor levende organismen moeilijk om hier te overleven of zich zelfs maar voort te planten“, aldus Dirk Schulze-Makuch. „Maar de resultaten van recente Marsmissies laten zien dat de milieufactoren op bepaalde tijden en op bepaalde plaatsen op de Rode Planeet de ondergrens voor het mogelijk maken van leven kunnen overschrijden.“ Onder de projectnaam HOME (Habitability of Martian Environments) houdt de werkgroep van de astrobioloog en aardwetenschapper, die tevens adjunct-hoogleraar is aan de Arizona State University en de Washington State University en voorzitter van de Duitse Astrobiologische Vereniging, zich al meerdere jaren bezig met de bewoonbaarheid van potentiële leefomgevingen op Mars. In 2018 kon zijn werkgroep door uitgebreide onderzoeken in de mars-achtige Atacama-woestijn, een van de droogste plekken op aarde, aantonen dat actieve cellen in deze levensbedreigende omgeving zolang kunnen overleven totdat ze door minimale hoeveelheden water weer geactiveerd worden.

Ochtendvorst en sporen van stroming

Op het oppervlak van Mars maken de omstandigheden het niet mogelijk voor vloeibaar water om permanent aanwezig te zijn, maar volgens Schulze-Makuch is het mogelijk dat op sommige plaatsen nabij het oppervlak hygroscopische zouten bestaan die vocht uit de omgeving onttrekken, bijvoorbeeld bij ochtendvorst, en dat het zout van vast naar vloeibaar overgaat. Dit werd ook door andere onderzoekers aangenomen, bijvoorbeeld voor de donkere strepen die sporadisch voorkomen op de steile wanden van enkele kraters op Mars en die worden beschouwd als sporen van stroming („Recurring Slope Lineae“ RSL). Uit deze zouten zouden ook ondergrondse, nabij het oppervlak levende organismen hun waterbehoefte kunnen halen, zo is de veronderstelling.

In een gesloten Mars-analoge systeem voeren microben stofwisseling uit

Om dergelijke hypotheses te testen, voeren wetenschappers herhaaldelijk onderzoek uit in zeer afgelegen gebieden waarvan de milieufactoren sterk lijken op die op Mars, zoals de Atacama-woestijn in Chili, de McMurdo Dry Valleys in Antarctica of de Larsemann Hills in het oosten van Antarctica. „Het bestuderen van deze Mars-analoge omgevingen en de microbiota die daar aanwezig is, helpt om de bewoonbaarheid van Mars-achtige omgevingen te beoordelen“, aldus Dirk Schulze-Makuch. Deze gebieden zijn extreem droog (aride), maar tegelijkertijd zoutachtig. Ze worden bewoond door microbiegemeenschappen die zich zo hebben aangepast dat ze beginnen met stofwisseling zodra ze door deliquescentie bevochtigd worden. Deliquescentie is het specifieke vermogen van bepaalde stoffen, meestal zouten, om de relatieve vochtigheid van hun omgeving te beïnvloeden. Om te testen of de door de „Curiosity“ op Mars gemeten schommelingen in methaanconcentraties afkomstig zouden kunnen zijn van organismen die nabij het oppervlak leven, ontwikkelden de onderzoekers een gesloten deliquescentiesysteem met uitgedroogde Mars-analoge substraten (Mars Regolith Analogues – MRA), hygroscopische zouten en drie methanogene Archaea (de microbestammen Methanosarcina mazei, M. barkeri en M. soligelidi). Vervolgens konden ze meten onder welke omstandigheden de verschillende microben tot stofwisselingsactiviteiten werden aangezet. Het resultaat: twee van de drie bacterie-achtige organismen reageerden, telkens in verschillende substraten en bij verschillende temperaturen. Dit zette de wetenschappelijke wereld aan het denken, want tot nu toe waren de modelorganismen (inclusief methaanproducerende microben) vooral blootgesteld aan stressfactoren zoals uitdroging, droogte, honger, vries- en dooicycli, hoog zoutgehalte, lage atmosferische druk en verhoogde stralingsdoses, om de bewoonbaarheid van Mars te beoordelen. „Voor zover wij weten, bestaat er echter geen studie die aantoont dat methanogene Archaea in een omgeving nabij het oppervlak kunnen bestaan waarin water alleen door deliquescentie beschikbaar wordt gemaakt“, aldus Schulze-Makuch. „Wij hebben hier voor het eerst kunnen aantonen dat alleen het door deliquescentie beschikbaar gestelde water voldoende is om methanogene Archaea onder deze extreme omstandigheden opnieuw te hydratëren, ze weer tot leven te wekken en hun stofwisseling te reactivieren in een omgeving die dicht onder het oppervlak van Mars bestaat.“

Deborah Maus, Jacob Heinz, Janosch Schirmack, Alessandro Airo, Samuel P. Kounaves, Dirk Wagner, Dirk Schulze-Makuch: „Methanogene Archaea kunnen methaan produceren in deliquescentie-gedreven Mars-analoge omgevingen“

De originele publicatie is te vinden via de volgende link: https://www.nature.com/articles/s41598-019-56267-4

Voor meer informatie kunt u contact opnemen met:

Prof. Dr. Dirk Schulze-Makuch
Technische Universiteit Berlijn
Centrum voor Astronomie en Astrofysica van de TU Berlin
Planetair Habitabiliteit en Astrobiologie
Tel.: 300/314-23736
E-mail: schulze-makuch@tu-berlin.de