Oeroude waterdruppels onthullen donker leven

In Canadese mijnen is drie kilometer diep miljarden jaren oud water gevonden. De levenskrachtigheid ervan maakt buitenaards leven een stuk waarschijnlijker.

Het stinkt flink in de donkere schachten, maar zodra chemisch onderzoekster Chelsea Sutcliffe met haar lamp water ziet, kan ze niet nalaten het op haar vinger te nemen en eraan te likken. ‘Wat zo vies ruikt, is de sulfaat in het water. Deze druppel proeft flink zout. Die zou weleens miljarden jaren oud kunnen zijn.’

De onderzoekster van de universiteit van Toronto bracht vorige maand de wetenschappelijke wereld in rep en roer met een chemische analyse van water uit de koper- en zinkmijnen van Subury, Ontario. Bij boringen naar de edelmetalen kilometers onder de grond ontstaan soms spleten in de rots waaruit water omhoog spuit. Sutcliffe toonde aan dat het water soms miljarden jaren opgesloten heeft gezeten. De mijnen liggen in het oude moedermassief, het gestolde continent dat er al lang lag voor de Cambrische Explosie op aarde de Big Bang van het leven inluidde. Dat land, ook wel de sokkel genoemd, maakt ongeveer een derde van de continenten op aarde uit.

'Het oeroude water,' vertelt Sutcliffe, 'blijkt door verweringsprocessen vol met energetische voeding te zitten. Het moet voor een microbe een koud kunstje zijn deze te verbranden.' In 2002 toonde de directrice van Sutcliffe’s lab, Barbara Sherwood Lollar, aan dat de aardkorst door rotsverwering in water aardgas en koolwaterstoffen produceert. Hoewel de productie zo minimaal is dat aardkorstmethaan nauwelijks aan de fossiele reserves kan bijdragen, kan het voldoende zijn om een hele ondergrondse 'Gollemwereld' van microben te voeden. Tien jaar geleden vonden geologen in Zuid-Afrikaanse goudmijnen, die ook in de sokkel liggen, inderdaad een unieke microbe die al vijftig miljoen jaar voortleefde in de aardkorst, hermetisch afgesloten van al het andere aardse leven.

Deze aardmicrobe was piepklein en leefde in een tergend traag tempo. Hij deelde zich gemiddeld zo eens in de 45 tot 300 jaar. Hij voedde zich met de waterstof, methaan en sulfaat in het grondwater. Inderdaad bleek het ‘verbranden’ daarvan per molecuul ruim voldoende voor het aanmaken van ATP, de universele brandstof van alle cellen.

Nobelgassen

Sutcliffe wijst naar de belletjes in het water. ‘Het mooie is,’ zegt ze, ‘dat die belletjes een soort tijdcapsules zijn. Ze bevatten restjes Nobelgassen. Zoals Xenon bijvoorbeeld of Neon. Die atomen reageren chemisch nauwelijks met andere atomen. Hun kernen vertonen echter sporen van hele krachtige kosmische fenomenen, zoals de enorme dosis uv-straling en aanhoudende explosies van neerslaande asteroïden tijdens de vorming van de aarde. Of de reusachtige aardverschuivingen en -bevingen bij het stollen van de sokkel, waarbij ook de goud- en kwartsaders ontstonden. Die natuurfenomenen hebben de gemiddelde grootte van de kernen van de Nobelgassen beïnvloed.'

De chemie in dit oude water weerspiegelt die van de chemie op aarde toen er nog helemaal geen leven was

Uit de isotopenverhouding van Xenon in het water kun je zo afleiden wanneer het voor het laatst aan het oppervlak was. Uit die van Neon wanneer het een kwartsader verliet. Zo werd vastgesteld dat water uit goudmijnen in Kaapvaals Zuid-Afrika maar liefst 2 miljard jaar oud was. Water uit de kopermijnen in Canada blijkt zelfs 2,7 tot 3 miljard jaar oud te zijn; weliswaar jonger dan de 3,5 miljard jaar oude eerste sporen van leven op aarde, maar oud genoeg om nooit fotosynthese meegemaakt te hebben.

'Tot nu toe werd het 'donkere leven' als een curiositeit beschouwd. Het werd al wel gevonden, maar bij superhete geisers diep op de bodem van de oceaan. Men zei dat energierijke stoffen, zoals methaan, waterstof, sulfaten en alkanen, alleen in zulke extreme omstandigheden geproduceerd worden. Wij tonen nu aan dat in het water in de jonge aardkorst vrijwel overal voldoende energie beschikbaar was voor microbisch leven. De biosfeer is misschien wel drie keer zo dik als vroeger gedacht. Volgens onze huidige schattingen kan er in de aardkorst bij elkaar uiteindelijk zelfs drie keer zoveel biomassa zitten als aan het oppervlakte.’

Vooralsnog hebben de Canadezen in hun oeroude mijnwater nog geen spoor van leven gevonden. Maar ondergrondse microbesoorten zijn veel en veel kleiner dan die aan het oppervlakte. Het vergt het uiterste van de techniek om de levensvormen in kaart te brengen, mede ook omdat de verwachting is dat het genetische materiaal in de cellen niet uit het taaie DNA, maar het breekbare RNA zal bestaan. Sherwood Lollar denkt de oersoep nu in de fles te hebben. ‘De chemie in dit oude water,’ meent ze, ‘weerspiegelt die van de chemie op aarde toen er nog helemaal geen leven was. Het is als de 'warm little pond' waarvan Darwin dacht dat er de oercel in ontstond, maar dan zonder zonlicht.'

Als de aardkorst inderdaad het decor van Genesis was en momenteel nog vol leven zit, zijn er ook ineens ontelbaar meer planeten die leven zouden kunnen herbergen. Momenteel zoeken de NASA en ESA nog naar planeten die op de aarde lijken en volop licht ontvangen van een nabije ster. Voor donker leven is zulk licht echter niet alleen niet noodzakelijk, maar zelfs wellicht juist schadelijk. 'Of we zulk donker leven snel zullen waarnemen is nog maar de vraag. Het vinden van een planeet waar geen licht op valt, valt immers helemaal niet mee.'

Meer wetenschapsnieuws in ons gratis Eos Weekblad op tablet: