Tot het begin van de jaren negentig had niemand vermoed hoe actief het leven van de bewoners van de diepten van de aarde zou kunnen zijn. Wetenschappers geloven nu dat microben die ondergronds leven mogelijk hebben bijgedragen aan het vormen van continenten, het afgeven van zuurstof en het geven van leven zoals we het kennen. Atlantic Magazine onderzoekt hoe het bestuderen van deze micro-organismen op onze planeet kan helpen bij het detecteren van leven in de ruimte, zoals Mars.
Ze leven duizenden meters onder het aardoppervlak. Ze voeden zich met waterstof en stoten methaan uit. En ze zijn in staat onze wereld fundamenteler te veranderen dan we ons kunnen voorstellen.
Alexis Templeton herinnert zich 12 januari 2014 toen het water explodeerde. Een fles van Pyrex-glas die goed gesloten was en gevuld met water, explodeerde als een ballon.
Templeton reed met haar Land Cruiser over het hobbelige en rotsachtige oppervlak van de Wadi Lawayni-vallei, een brede strook die door de bergen van Oman snijdt. Ze parkeerde haar auto op een betonnen platform met uitzicht op de plek waar onlangs een waterput was geboord. Templeton opende het deksel van deze put en liet de fles in de sombere diepten zakken, in de hoop watermonsters te krijgen van een diepte van ongeveer 260 meter.
De Wadi Lavaini-vallei is omgeven door rotsachtige toppen van chocoladebruine kleur, deze rotsen zijn hard als keramiek, maar ze zijn rond en hangend, meer als oude bakstenen gemaakt van modder. Dit fragment van het binnenste van de aarde, zo groot als de staat West Virginia, werd miljoenen jaren geleden naar de oppervlakte geperst door de botsing van tektonische platen. Deze exotische rotsen - ze vertegenwoordigen anomalieën op het aardoppervlak - zorgden ervoor dat Templeton naar Oman kwam.
Kort nadat ze de waterfles uit de diepte van de put had getild, barstte ze onder interne druk open. Water spatte uit de kieren en siste als frisdrank. Het gas dat in haar explodeerde, was geen kooldioxide, zoals in frisdranken, maar waterstof, een brandbaar gas.
Templeton is een geobioloog aan de Universiteit van Colorado in Boulder, en dit gas is van bijzonder belang voor haar. "Organismen zijn dol op waterstof", zegt ze. Dat wil zeggen, ze houden ervan om het te eten. Op zichzelf kan waterstof niet als bewijs van leven worden beschouwd. Het suggereert echter dat rotsen onder het aardoppervlak precies kunnen zijn waar het leven kan gedijen.
Templeton is een van de steeds meer wetenschappers die geloven dat de diepten van de aarde gevuld zijn met leven. Volgens sommige schattingen kan dit onontgonnen deel van de biosfeer een tiende tot de helft van alle levende materie op aarde bevatten.
Promotie video:
Wetenschappers hebben microben ontdekt die granieten rotsen bewonen op een diepte van ongeveer twee kilometer (6000 voet) in de Rocky Mountain-regio, evenals in mariene sedimentaire gesteenten die dateren uit de tijd van dinosauriërs. Ze vonden zelfs kleine levende wezens - wormen die lijken op geleedpotigen van garnalen, balein-raderdiertjes - in de goudmijnen van Zuid-Afrika op een diepte van 340 meter (11.000 voet).
Wij mensen hebben de neiging om de wereld te zien als massief gesteente bedekt met een dunne laag leven. Voor wetenschappers zoals Templeton lijkt de planeet echter meer op een cirkel van kaas, waarvan de dichte randen voortdurend worden vernietigd door de zich vermenigvuldigende microben die in de diepte leven. Deze wezens eten van bronnen die niet alleen oneetbaar lijken, maar ook ongrijpbaar - we hebben het over het atomaire verval van radioactieve elementen, over het proces dat plaatsvindt als gevolg van de druk van gesteenten terwijl ze wegzinken in de diepten van de aarde en hun ontbinding, en misschien zelfs over aardbevingen.
Templeton kwam naar Oman om verborgen oases van leven te vinden. Het sissende waterstofgas in 2014 was een belangrijk bewijs dat ze op de goede weg was. Dus zijn Templeton en haar collega's afgelopen januari teruggekeerd naar Oman om een put te boren tot een diepte van 400 meter (1.300 voet) en te proberen de bewoners van die diepten te vinden.
Op een hete winteravond klonk een doordringend geluid over de door de zon verschroeide uitgestrektheid van de Wadi Lavaina-vallei. Bijna in het midden van deze vallei verscheen een bulldozer. En voor hem was een boorschacht die met een snelheid van enkele omwentelingen per minuut kon draaien.
Een half dozijn mensen met veiligheidshelmen - voornamelijk Indiase arbeiders ingehuurd door een plaatselijk bedrijf - bedienden het platform. Templeton en een half dozijn andere wetenschappers en afgestudeerde studenten stonden enkele meters verderop in de schaduw van een baldakijn dat wiegde in de zachte bries. Ze bogen zich allemaal over de tafels en bestudeerden de rotsmonsters die de arbeiders ongeveer elk uur naar boven brachten.
Deze opstelling was de hele dag in bedrijf en de binnenkomende grondmonsters veranderden van kleur naarmate de diepte toenam. De eerste meters van de rots hadden een oranje of gele tint, wat aangeeft dat zuurstof van het oppervlak het ijzer in de rots in roestige mineralen had omgezet. Op een diepte van 20 meter verdwenen sporen van zuurstof, de stenen werden verdonkerd tot een groenachtig roze kleur met zwarte aders.
'Een prachtige steen,' zei Templeton, terwijl ze met haar hand in latexhandschoenen over het oppervlak streek. Haar bril hing omhoog en rustte op sluik donkerblond haar, waardoor de wangen zichtbaar waren geworden die donker waren geworden door jarenlang werk op schepen, op tropische eilanden, in de breedtegraden van de Noordpool en elders. "Ik hoop meer van dit soort materiaal te zien," zei ze.
Deze groenachtig zwarte steen gaf haar een glimp van iets dat nergens anders op onze planeet te zien is.
Deze gesteentemonsters, die vanuit grote diepten naar de oppervlakte werden gebracht, bleken rijk aan ijzer - ijzer in de vorm van mineralen die in de regel niet overleven op het aardoppervlak. Dit ondergrondse ijzer is zo chemisch reactief dat het zo vaak met zuurstof wordt gecombineerd dat watermoleculen breken wanneer het in contact komt met ondergronds water. Het haalt zuurstof uit het water en laat waterstof achter.
Geologen noemen dit proces "serpentinisatie" vanwege de bochtige sporen van zwarte, groene en witte mineralen die het achterlaat. Serpentinisatie vindt meestal plaats op plaatsen die niet toegankelijk zijn voor mensen, ook op een diepte van enkele duizenden meters onder de bodem van de Atlantische Oceaan.
En hier, in Oman, komen de rotsen in de diepten van de aarde zo dicht bij het oppervlak dat serpentinisatie slechts een paar honderd meter onder de voeten plaatsvindt. De waterstof die in 2014 de Tempelton-waterfles uit elkaar scheurde, was een klein voorbeeld van het serpentinisatieproces; een waterput die enkele jaren geleden in deze regio werd geboord, produceerde zoveel waterstof dat er zelfs een explosie dreigde, en als gevolg daarvan werd de overheid gedwongen om met spoed te betonneren.
Waterstof is een bijzondere stof. Het is gebruikt als een van de drijfgassen voor het lanceren van Apollo-ruimtevaartuigen en pendelt in een baan om de aarde, en het is een van de meest energetisch rijke elementen die van nature op aarde voorkomen. Dit maakt het een belangrijk voedsel voor de microben die onder het aardoppervlak bestaan.
Fragmenten van gesteente bedoeld voor geologisch onderzoek.
In totaal kunnen microben die onder de bergen in Oost-Oman leven elk jaar tonnen waterstof verbruiken, wat resulteert in een langzame en gecontroleerde verbranding van het gas, nauwkeurig gecontroleerd door enzymen in hun met water gevulde cellen.
Waterstof is echter slechts de helft van de vergelijking voor het leven - om energie uit waterstof te produceren, hebben microben iets anders nodig om het te verbranden, net zoals de mensheid wordt gedwongen zuurstof in te ademen om voedsel te verwerken. Templetons hoofdtaak is precies te begrijpen waarmee microben "ademen" op zo'n diepte onder de aarde, waar geen zuurstof is.
Om twee uur 's middags rijdt een gehavende pick-uptruck over een stoffige en modderige weg naar de boorlocatie. Achter hem staan - strikt de een na de ander - zes kamelen, hun koppen wuivend in de wind. Dit zijn lokale dieren, ze zijn vastgebonden met korte lijnen, en ze gaan op weg naar een nieuw weiland ergens in deze vallei.
Templeton, die de kamelen vergat, riep plotseling uit, haar opwinding niet verbergend: "Goud!" Ze wees naar een stuk aarde op de tafel, evenals een klein cluster van gele metalen kristallen. Hun kubische vorm hielp haar grapje te begrijpen: deze kristallen waren geen echt goud, maar het goud van dwazen, ook wel ijzerpyriet genoemd.
IJzerpyriet is samengesteld uit ijzer en zwavel, en dit is een van de mineralen, die ook wel "biogeen" wordt genoemd: de vorming ervan wordt soms geassocieerd met de activiteit van microben. De kristallen zelf kunnen worden gevormd uit het afval dat microbiële cellen "uitademen". Daarom kan pyriet een bijproduct zijn van microbieel metabolisme, een mogelijkheid die Templeton 'mooi' noemt.
Thuis in Colorado zal ze deze kristallen dezelfde aandacht schenken die een archeoloog zou besteden aan een stapel oud Romeins afval. Ze snijdt ze in doorzichtige stukjes en onderzoekt ze onder een microscoop. Als pyriet eigenlijk een product is van levende cellen, dan kunnen microben "waarschijnlijk in mineralen worden begraven". Ze hoopt hun versteende lichamen te vinden.
Tot het begin van de jaren negentig had niemand vermoed hoe actief het leven van de bewoners van de diepten van de aarde zou kunnen zijn. Het eerste bewijs werd gevonden in de rots onder de zeebodem.
Geologen hebben lang gemerkt dat vulkanische gassen die in donkere basaltrotsen worden aangetroffen, duizenden meters onder de zeebodem liggen, die vaak microscopisch kleine depressies en tunnels heeft. "We hadden geen idee dat dit biologisch zou kunnen zijn", zegt Hubert Staudigel, een vulkanoloog aan het Scripps Institute of Oceanography in La Jolla, Californië.
In 1992 suggereerde een jonge wetenschapper genaamd Ingunn Thorseth van de Universiteit van Bergen in Noorwegen dat deze depressies het geologische equivalent zijn van tandcariës - microben hebben het ingebed in vulkanisch glas door ijzeratomen te consumeren. Thorset ontdekte zelfs wat verward kon worden met dode cellen in deze depressies in gesteente dat drieduizend voet onder de zeebodem was verzameld.
Toen deze ontdekkingen werden gepubliceerd, werkte Templeton nog niet in het veld. Ze behaalde haar masterdiploma in geochemie in 1996 en ging vervolgens werken bij het Lawrence Berkeley National Laboratory in Californië, waar ze bestudeerde hoe snel microben vliegtuigbrandstof eten in de grond op een voormalige Amerikaanse marinebasis. Een paar jaar later bestudeerde ze voor haar proefschrift aan de Stanford University hoe ondergrondse microben lood, arseen en andere verontreinigende stoffen metaboliseren tijdens het metabolisme.
In 2002 verhuisde ze naar Scripps Lab om samen met professor Biologie, Bradley Tebo en Staudigel, soortgelijke problemen te bestuderen, namelijk hoe microben leven in ijzer en andere metalen in het basaltglas in de zeebodem.
In november van dat jaar klom ze op het achterdek van een onderzoeksschip in het midden van de Stille Oceaan door een luik in de Pisces-IV lander ter grootte van een auto en stortte zich in de zeebodem. Terry Kerby, een piloot voor het in Hawaii gevestigde Seabed Research Laboratory, wees het vaartuig naar de zuidelijke helling van de Loihi Seamount, een onderwatervulkaan nabij het Big Island van Hawaii.
Op 1.700 meter (5.600 voet) verlichtte het zoeklicht van de onderzeeër nauwelijks het vreemde onderwaterlandschap - een door elkaar gegooide mix van wat leek op dicht opeengepakte vuilniszakken opgestapeld in een puinhoop in een piramide. Deze zogenaamde basaltkussens vormden zich door de eeuwen heen toen de lava, die door scheuren sijpelde, in botsing kwam met zeewater, waarna het snel afkoelde en in gladde stenen veranderde. Templeton lag op haar zij van de bank, rillend van de kou, kijkend door het dikke glas terwijl Kirby met een mechanische arm stukjes basalt afsneed. Acht uur na het begin van de duik naar de oceaanbodem keerden ze terug naar de oppervlakte met vijf kilo steen.
In hetzelfde jaar bezochten zij en Stuadigel de Kilauea-vulkaan op Hawaï, in de hoop microbieelvrij vulkanisch glas te verzamelen dat ze konden vergelijken met monsters die op de oceaanbodem waren verzameld. Met zware laarzen aan, kwamen ze niet naar de lavastroom en liepen ze over de versteende korst, die maar een paar centimeter dik was. Staudigel vond een plek waar oranje gesmolten lava door de resulterende gestolde korst brak. Hij raapte een stuk hete lava op met een metalen staaf - het zag eruit als hete en plakkerige honing - en legde het in een emmer water. Het water kookte met een fluitje en geluid, en na een tijdje verhardde de lava en veranderde in glas.
Terug in het laboratorium isoleerde Templeton tientallen bacteriestammen die ijzer en mangaan absorberen uit rotsen op de bodem van de zee. Samen met haar collega's smolt ze opnieuw steriel glas van de Kilauea-vulkaan in een oven, voegde er verschillende hoeveelheden ijzer en andere voedingsstoffen aan toe en kweekte er bacteriestammen uit. Ze gebruikte de meest geavanceerde technieken, waaronder röntgenfoto's, en keek met plezier toe hoe bacteriën mineralen recyclen.
"Mijn hele kelder was gevuld met basaltstenen die uit de zeebodem waren gehaald, omdat ik ze gewoon niet kon weigeren", vertelde ze me op een van die dagen dat er niet werd geboord.
Deze gesteentemonsters, evenals de bacteriën die zich ermee voedden, hadden vanuit Templetons oogpunt echter één groot nadeel: ze werden uit de zeebodem gehaald, waar het water al zuurstof bevat.
Zuurstof maakt deel uit van alle levende wezens op aarde - van aardvarkens en regenwormen tot kwallen; onze atmosfeer en de meeste oceanen zijn ermee gevuld voor herverdeling. De aarde heeft echter maar een korte periode van haar geschiedenis zoveel zuurstof gehad. Zelfs vandaag de dag zijn grote delen van de biosfeer van onze planeet nog nooit met zuurstof in aanraking gekomen. Het is voldoende om een paar meter in de grond te duiken en er zal geen zuurstof meer zijn. Op elke andere plaats in het zonnestelsel, inclusief Mars, waar leven kan bestaan, zul je geen zuurstof vinden.
Terwijl Templeton de diepe biosfeer van de aarde bestudeerde, raakte ze ook geïnteresseerd in de vraag naar de oorsprong van leven op onze planeet en op andere plaatsen in het zonnestelsel. Het verkennen van de ondergrondse ruimte kan een glimp opvangen van deze gescheiden plaatsen en tijden, maar dat zal alleen mogelijk zijn als ze dieper kan gaan, buiten het bereik van zuurstof.
De bergen van Oman leken de ideale locatie voor dit soort verkenning. Deze enorme rotsmassa, die geleidelijk aan serpentinisatie wordt onderworpen, heeft zuurstofarme plaatsen erin, evenals chemisch actieve ijzerverbindingen, die zich volgens wetenschappers in de diepten van de aarde bevinden.
Templeton en verschillende andere diepe biosfeeronderzoekers waren betrokken bij een ander groot project in de vroege stadia van de planning, het Oman Drilling Project.
Het project wordt geleid door Peter Kelemen, een geoloog bij het in New York gevestigde Lamont-Doherty Earth Observatory. Het heeft zijn eigen missie - diepe rotsen in Oman staan niet alleen in wisselwerking met zuurstof en water, maar ook met kooldioxide, terwijl ze gas in de atmosfeer persen en het in carbonaatmineralen opsluiten - dit proces, als wetenschappers het kunnen begrijpen, zal de mensheid helpen om uitstoot van kooldioxide in de atmosfeer.
Kelemen was aanwezig tijdens het boren in Wadi Lavaini in januari 2018. Hij was ervan overtuigd dat er bewijs van leven zou worden ontdekt. Deze rotsen zijn oorspronkelijk gevormd bij temperaturen boven 980 graden Celsius (1800 graden Fahrenheit). Ze koelden echter snel af en tegenwoordig heeft de temperatuur in de bovenste laag, die ongeveer 500 meter diep is, een temperatuur van ongeveer 30 graden Celsius (90 graden Fahrenheit). Deze rotsen "waren niet heet genoeg om alle microben te doden sinds het Krijt" - het tijdperk van de dinosauriërs.
Om drie uur 's middags verzamelden een half dozijn bemanningsleden zich bij het boorplatform voor een soort ritueel waar iedereen met intense aandacht op wacht.
Een nieuw deel van de kern, zojuist van de geboorde schacht genomen, wordt op de bok neergelaten. We hebben het over een stenen cilinder van drie meter hoog - hij komt qua dikte ongeveer overeen met het dikke uiteinde van een honkbalknuppel en hij bevindt zich in een metalen cilinder.
Arbeiders tilden een uiteinde van deze pijp op. En de kern gleed eruit - samen met de zwarte en plakkerige vloeistof. Zwarte, dikke modder viel op de grond. De uit de grond gewonnen kern was volledig bedekt met deze substantie.
"Oh mijn God," zei iemand. - Wauw". Overal fluisterde.
Een van de arbeiders veegde de geëxtraheerde kern af, waarna zich kleine belletjes begonnen te vormen op het gladde en glanzende oppervlak, zoals in kokende olie. Dit rotsmonster, niet beïnvloed door de druk die het ondergronds ervoer, liet gassen vrij vlak voor onze ogen, en zijn bellen sijpelden door de poriën in het gesteente. De geur van afvalwater en brandend rubber begon in de lucht te sijpelen - de geur die de wetenschappers daar onmiddellijk identificeerden.
"Het is een heel levendige rots," zei Templeton.
'Waterstofsulfide,' zei Kelemen.
Waterstofsulfide is een gas dat zich vormt in de riolering, in je darmen en - nu uiteraard - ook ondergronds in Oman. Het wordt geproduceerd door microben die in afwezigheid van zuurstof leven. Zonder dit levengevende gas doen ze een truc waar de dieren die op het aardoppervlak leven niet toe in staat zijn - ze beginnen iets anders te ademen. Met andere woorden, ze verbranden hun voedsel met behulp van andere chemicaliën die onder de grond worden gevonden.
Een deel van de kern die naar de oppervlakte kwam, werd doorboord met strepen van oranje-kaneelsteen - zo werden de plaatsen waar hete lava miljoenen jaren geleden door diepe scheuren op het aardoppervlak stroomde, gemarkeerd, en op dat moment bevond deze rots zich in de ingewanden van de aarde op een diepte van enkele kilometers …
Deze sporen van gefossiliseerd magma gaven hun chemische bestanddelen geleidelijk aan het grondwater af - inclusief moleculen die sulfaten worden genoemd en die bestaan uit één zwavelatoom dat is gebonden aan vier zuurstofatomen. Blijkbaar gebruikten microben deze moleculen om waterstof te verteren, zei Templeton. “Ze eten waterstof en ademen sulfaat uit.” En dan laten ze nog steeds hun gassen vrij.
Waterstofsulfide heeft niet alleen een sterke en onaangename geur. Het is ook giftig. Daarom lopen de microben die het produceren het risico vergiftigd te worden terwijl het zich ondergronds ophoopt. Hoe slagen ze erin om vergiftiging te voorkomen? Nogmaals, de rots geeft ons het antwoord.
Het boren ging de komende dagen door, maar de zwarte brij verdween geleidelijk. Elke nieuwe kern die naar de oppervlakte werd gebracht, was droog en geurloos. De rots zelf is echter veranderd - zijn aderachtige mozaïek en serpentijn werden donkerder, en de belangrijkste tinten waren grijs en zwart, en het begon te lijken op een geruite rok gedrenkt in inkt.
"Al dit zwart worden is een bioproduct", zei Templeton op een avond terwijl zij en haar collega Eric Ellison in een met instrumenten beladen laboratoriumaanhangwagen steenmonsters inpakten om naar huis te sturen. Sommige stenen zaten in verzegelde plexiglazen dozen en Ellison verplaatste ze met handschoenen die op de dozen op de machines waren geplaatst - dit alles gaf de indruk dat er iets sinisters in de verzamelde steenmonsters zat. Deze voorzorgsmaatregel was echter niet bedoeld om de persoon te beschermen; dit werd gedaan om gevoelige microben het contact met zuurstof te ontnemen.
Templeton geloofde dat het deze microben waren die een effect hadden op recente gesteentemonsters - het waterstofsulfide dat ze uitademden reageerde met het gesteente om ijzersulfide te creëren, een onschadelijk zwart mineraal. Het pyriet dat we eerder zagen, is ook samengesteld uit ijzer en zwavel en had zich op dezelfde manier kunnen vormen.
Deze zwarte mineralen zijn meer dan alleen academische zeldzaamheden. Ze geven een kijkje in hoe microben niet alleen in de aardkorst konden overleven, maar deze konden veranderen en in sommige gevallen zelfs mineralen creëerden die nergens anders voorkomen.
Enkele van de rijkste afzettingen van ijzer, lood, zink, koper, zilver en andere metalen werden gevormd toen waterstofsulfide in botsing kwam met die metalen die diep onder de grond lagen. Deze sulfiden vingen deze metalen op en veranderden ze door concentratie in mineralen, die zich gedurende miljoenen jaren vormden - totdat ze door mijnwerkers naar de oppervlakte werden gebracht. Het waterstofsulfide dat deze ertsen vormde, was vaak van vulkanische oorsprong, maar werd in sommige gevallen gevormd door microben.
Robert Hazen, een mineraloog en astrobioloog aan het Carnegie Center in Washington, DC, gelooft dat meer dan de helft van de mineralen hun bestaan te danken heeft aan levensvormen - plantenwortels, koralen, diatomeeën en zelfs ondergrondse microben. Hij is zelfs bereid te suggereren dat de zeven continenten van onze planeet hun bestaan gedeeltelijk te danken hebben aan microben die rotsen opeten.
Vier miljard jaar geleden had de aarde geen permanent land - slechts een paar vulkanische toppen die boven de oceaan uittorenen. Microben op de zeebodem hielpen echter om deze situatie te veranderen. Ze vielen basaltafzettingen op vrijwel dezelfde manier aan als nu, en zetten vulkanisch glas om in kleimineralen. En nadat ze zacht zijn geworden, worden ze weer vast en veranderen ze in nieuwe rotsen - in een lichter en beter kneedbaar materiaal dan de rest van de planeet: graniet.
Deze lichte granieten smolten samen en stegen boven het oppervlak van de oceaan uit, waardoor permanente continenten ontstonden. Blijkbaar vond dit proces, jij tot op zekere hoogte, plaats zonder de hulp van microben, maar Hazen gelooft dat ze het hebben versneld. "Je kunt je voorstellen dat microben een evenwicht creëren", zegt hij. "We stellen dat microben een fundamentele rol speelden."
De opkomst van land heeft een aanzienlijke invloed op de evolutie van de aarde. Stenen onder invloed van lucht stortten sneller in, waardoor voedingsstoffen als molybdeen, ijzer en fosfor in de oceaan vrijkwamen. Deze voedingsstoffen hebben de groei van fotosynthetische algen bevorderd die kooldioxide opnemen en zuurstof afgeven. Ongeveer twee miljard jaar geleden verschenen de eerste sporen van zuurstof in de atmosfeer van de aarde. 550 miljoen jaar geleden bereikten de zuurstofniveaus eindelijk de niveaus die nodig waren om primitieve dieren te ondersteunen.
De overvloedige hoeveelheid water op aarde, evenals de optimale verwijdering van de zon, maakten het een veelbelovende incubator voor het leven. De transformatie ervan tot een paradijs voor dieren met gevoel en zuurstof was echter nooit gegarandeerd. Microben hebben onze planeet misschien op een onzichtbaar keerpunt gebracht: de vorming van continenten, zuurstof en de vorming van leven zoals wij dat kennen.
En zelfs vandaag de dag blijven microben onze planeet van binnenuit maken en opnieuw maken.
In sommige opzichten lijken ondergrondse microben op de menselijke beschaving, waar 'steden' worden gevormd op het kruispunt. In Oman bevond zich een bloeiende oase van geurige zwarte microben op een diepte van 30 meter, nabij de kruising van verschillende grote scheuren in de rots - dit zijn de kanalen waardoor waterstof en sulfaten daar uit verschillende bronnen konden sijpelen.
Elisabetta Mariani, een structureel geoloog aan de Universiteit van Liverpool in Engeland, bracht vele dagen door onder een tent om deze scheuren in de rotsen te repareren. Op een ochtend riep ze me binnen om me iets speciaals te laten zien - een breuk die diagonaal over de kern liep, en daar zag je twee rotsoppervlakken doorboord met lagen groen en geel serpentijn zo dun als een vel papier.
"Zie je deze sporen?" vroeg ze in het Engels met een accent dat haar moedertaal Italiaans verried, en wees op scheuren in twee kronkelige oppervlakken. Ze getuigden dat dit niet alleen een passieve breuk was - het was een actieve fout. 'Twee blokken steen bewogen, elkaar raakten, in die richting,' zei ze, wijzend naar de sleuven.
Tullis Onstott, een geoloog aan de Princeton University die niet betrokken is bij het boorproject in Oman, gelooft dat dergelijke actieve breuken niet alleen wegen kunnen bieden om voedsel ondergronds te verplaatsen - ze kunnen ook voedsel hebben geproduceerd. In november 2017 begonnen Onstott en zijn collega's aan een gedurfd experiment. Ze begonnen hun werk in een tunnel op 2500 meter diepte in de Moab Khotsong goudmijn in Zuid-Afrika en boorden van daaruit een nieuwe put in de richting van een breuk die nog eens 800 meter dieper lag. Op 5 augustus 2014 vond in deze fout een aardbeving van magnitude 5,5 plaats. Onstott hoopte op deze manier het provocerende idee te testen dat aardbevingen voedsel zouden kunnen opleveren voor de diepe biosfeer.
Wetenschappers hebben al lang gemerkt dat waterstofgas lekt uit grote fouten, waaronder San Andreas in Californië. Een deel van dit gas is een chemische reactie: silicaatmineralen die tijdens een aardbeving afbreken, reageren met water en geven waterstof als bijproduct vrij. Voor microben in de buurt van de kloof kan dit soort reactie leiden tot zoiets als een periodieke energie-explosie die gepaard gaat met een grote inname van suiker.
In maart 2018, vier maanden nadat het boren was begonnen in de Moab-Hotsong-mijn, brachten arbeiders een kern naar de oppervlakte die de breuk overstak.
De rots langs de breuklijn was "behoorlijk zwaar vernietigd", zegt Onstott - er waren een dozijn parallelle breuken te zien op de kern. Het oppervlak van sommige van deze scheuren veranderde in broze klei, waarvan de strepen duidden op recente aardbevingen. Andere scheuren waren gevuld met aderen van wit kwartsiet, wat duidde op oudere breuken die duizenden jaren eerder waren gevormd.
Onstott is momenteel op zoek naar gefossiliseerde cellen in deze kwartsietaders en analyseert ook het gesteente op DNA, in de hoop op deze manier te bepalen welke bacteriën in deze kloof leven, indien aanwezig.
Bovendien hebben hij en zijn collega's - en nog belangrijker - de boorgaten open gelaten en monitoren ze water, glas en microben in de breuk zelf, en nemen ze nieuwe monsters elke keer dat er een tweede aardbeving is. "In dit geval kun je zien of er glas vrijkomt", zegt hij, "en ook of er veranderingen plaatsvinden in de microbiologische gemeenschap als gevolg van gasverbruik."
Terwijl Onstott op deze resultaten wacht, speculeert hij ook over een radicalere mogelijkheid: deze diepgewortelde bacteriën voeden zich niet alleen met de effecten van aardbevingen, maar kunnen deze ook veroorzaken. Als microben ijzer, mangaan en andere elementen in mineralen die langs de breuklijnen verschijnen, beginnen aan te vallen, kunnen ze volgens hem de rots verzwakken - en die breuken voorbereiden op de volgende grote aanval. Om deze mogelijkheid te onderzoeken, moeten laboratoriumexperimenten worden uitgevoerd om te bepalen of bacteriën in deze fracturen daadwerkelijk in staat zijn om mineralen snel genoeg af te breken om seismische activiteit te beïnvloeden. Met een karakteristieke onderschatting van de betekenis van de wetenschapper denkt hij na over het aanstaande werk: "Dit is een voldoende redelijke hypothese om het te testen."
Op 30 januari bereikte de boorinstallatie in Wadi Lavaini 60 meter. Haar motoren brulden op de achtergrond terwijl Templeton en haar collega Eric Boyd in veldstoelen onder een acaciaboom zaten. Naast hen waren tekenen van andere reizigers die op vakantie waren op dit eiland van schaduwen, zeldzaam in het gebied - kameeluitwerpselen, glad en rond als leerachtige pruimen.
"Wij geloven dat het milieu essentieel is om de oorsprong van het leven te begrijpen", zegt Boyd, een geobioloog aan de Montana State University in Bozeman. Volgens hem is dit de reden waarom hij en Templeton de diepe rotsen in Oman bestuderen. "We houden van waterstof", zegt hij.
Zowel Boyd als Templeton geloven dat het leven op aarde is ontstaan in een omgeving die lijkt op de omgeving die enkele meters onder hun klapstoelen in het veld bestaat. Volgens hen ligt de bakermat van het leven in de kloven onder het aardoppervlak, waar ijzerrijke mineralen waterstof uit zichzelf persen na contact met water.
Van alle chemische brandstoffen die vier miljard jaar geleden op aarde bestonden, lijkt waterstof een van de gemakkelijkste elementen te zijn voor het metabolisme van vroege en inefficiënte cellen. Waterstof werd niet alleen geproduceerd door serpentinisatie, het werd ook geproduceerd - zoals nu het geval is - uit het radioactieve verval van elementen zoals uranium, dat constant watermoleculen in het omringende gesteente afbreekt. Waterstof is zo onstabiel dat het zo vaak wordt afgebroken dat het zelfs door milde oxidatiemiddelen zoals koolstofdioxide of zuivere zwavel kan worden verteerd. Een studie van het DNA van miljoenen gensequenties suggereert dat de voorloper van het leven op aarde - de "laatste universele gemeenschappelijke voorouder" - mogelijk waterstof als voedsel heeft gebruikt en het heeft verbrand met kooldioxide. Dezelfde,het is waarschijnlijk mogelijk te zeggen over het leven in andere werelden.
IJzerhoudende mineralen hier in Oman worden vaak in het zonnestelsel aangetroffen, evenals het proces van serpentinisatie. De Orbiter-ruimtesonde, die momenteel in een baan om Mars draait, heeft kronkelige mineralen op het oppervlak van Mars ontdekt. Het Cassini-ruimtevaartuig heeft chemisch bewijs gevonden van voortdurende serpentinisatie diep in Enceladus, de met ijs bedekte maan van Saturnus. Mineralen vergelijkbaar met serpentijn zijn ook gevonden op het oppervlak van Ceres, een dwergplaneet waarvan de baan tussen de banen van Mars en Jupiter ligt. Er zijn zelfs serpentijnen gevonden in meteorieten, in fragmenten van embryonale planeten die 4,5 miljard jaar geleden bestonden, dat wil zeggen net ten tijde van de geboorte van de aarde, en dit kan betekenen dat de bakermat van het leven in feite bestond vóór de vorming van onze planeet.
Waterstof - de energiebron voor het ontluikende leven - is op al deze plaatsen aangetroffen. Het kan nog steeds in het hele zonnestelsel worden geproduceerd.
Boyds conclusies zijn adembenemend.
"Als je dit soort gesteente hebt, en de temperatuur is vergelijkbaar met die op aarde, en als je nog steeds vloeibaar water hebt, hoe onvermijdelijk denk je dan dat leven is?", Vraagt hij. "Persoonlijk ben ik er zeker van dat het onvermijdelijk is."
Het leven vinden zal een uitdaging zijn. Met de bestaande technologie kan een ruimtevaartuig dat naar Mars wordt gestuurd, een gat boren van slechts enkele meters diep in vijandige oppervlakken. Deze rotsen aan het oppervlak kunnen sporen van vorig leven bevatten - misschien de uitgedroogde fundamenten van Mars-cellen die vastzitten in de microscopisch kleine tunnels die ze door de mineralen knaagden - maar alle levende microben zijn waarschijnlijk enkele honderden meters diep. Templeton probeert sporen van een vorig leven te vinden - en ook om die tekens te scheiden van die dingen die niet door het leven zijn aangetast - en dat heeft ze gedaan vanaf het moment dat ze 16 jaar geleden basaltglas op de bodem van de zee onderzocht.
"Het is mijn taak om biologische afdrukken te vinden", zegt ze. Ze gebruikt dezelfde instrumenten om stalen uit Oman te bestuderen als om glas te bestuderen. Ze fotografeert de oppervlakken van mineralen met röntgenstralen om te begrijpen hoe microben mineralen modificeren. Ze wil ook begrijpen: laten ze ze op hun plaats? Of corroderen ze ze? Door te bestuderen welke levende microben mineralen opnemen, hoopt ze een betrouwbare manier te vinden om dezelfde chemische sporen van absorptie te identificeren in buitenaardse gesteenten die al duizenden jaren geen levende cellen hebben gehad.
Op een dag zullen dit soort instrumenten aan boord van een rover zijn. Of ze zullen worden gebruikt bij de studie van gesteentemonsters die uit andere werelden zijn meegebracht. In de tussentijd hebben Templeton en haar collega's nog veel werk te doen in Oman - ze zullen moeten uitzoeken wat de donkere, hete en verborgen biosfeer onder hun voeten bevat.
Douglas Fox