(Over)leven in puur waterstof kan ook

Het zijn nog geen drieogige groene buitenaardse wezentjes in de potjes van de vooraanstaande astrofysicus Sara Seager van het Massachusetts Institute of Technology. Maar ze laat met een aantal recente experimenten wel zien dat de darmbacterie E. coli en de gist S. cerevisiae, oftewel bakkersgist, gedijen in waterstof.

Volgens Seager en collega’s toont dit simpele experiment aan dat leven mogelijk is op planeten met sterk verschillende atmosferen. We weten dat het in de aardse atmosfeer van stikstof en zuurstof werkt, maar ook waterstof lijkt leven te kunnen ondersteunen. Net als stikstof en CO₂ die ook werden getest. De resultaten van Seager werden deze maand in het wetenschappelijke tijdschrift Nature Astronomy gepubliceerd.

Waarom zouden ze niet groeien?

Zowel E. coli als bakkersgist behoren tot de meest bestudeerde micro-organismen waarvan de groeicondities op alle mogelijke manieren zijn onderzocht. Dat bijvoorbeeld bakkersgist overleeft en groeit in een atmosfeer van waterstof verrast Jack Pronk dan ook niet. Hij is hoogleraar industriële microbiologie aan de Technische Universiteit Delft. “Het is algemeen bekend dat bakkersgist goed groeit zonder zuurstof, bijvoorbeeld onder een atmosfeer van stikstof of CO₂. Ik vind het moeilijk om redenen te bedenken waarom bakkersgist dan niet zou groeien.”

Pronk geeft aan dat hij zelf geen publicaties kent waarin de groei van gist in puur waterstof is onderzocht. “Maar dat is hier eigenlijk ook niet het geval. De gist maakt op het gebruikte kweekmedium [het voedsel, red.] razendsnel CO₂ door vergisting van deze suikers.” Die pure waterstofatmosfeer wordt dus al snel aangevuld met CO₂. Seager laat in een reactie weten dat de organismen inderdaad gassen produceren die uiteindelijk een klein deel van de ‘atmosfeer’ vormen.

Verder verwachtte Seager al dat (micro)biologen deze resultaten niet opzienbarend of zelfs interessant zouden vinden. ‘Ook de biologen in ons team vonden dat’, schrijft ze. ‘Maar we wilden deze resultaten nu juist aan astronomen presenteren in een vakblad voor hen. Communicatie over dit soort relatief simpele biologische observaties is essentieel als we leven op andere plekken willen vinden. Daarvoor moeten verschillende vakgebieden samenwerken.’

Vermenigvuldigen in waterstof

De ‘aliens’ van Seager zaten in afgesloten flesjes van 150 milliliter die voor een vijfde waren gevuld met een kweekmedium. Via een slangetje werd de atmosfeer in de flesjes aangepast: er waren flesjes met puur waterstof, maar ook met een mengsel van CO₂ en stikstof of gewone lucht (ter controle). Deze stoffen raken na verloop van tijd in het medium met de micro-organismen opgelost. De groei van de bacteriën en het gist werd met een optische sensor gevolgd.

E. coli en gist groeien het best in gewone lucht, maar vermenigvuldigen zich ook in puur waterstof. De snelheid waarmee ze zich voortplanten is daarbij wel lager. De bacteriën bereiken de helft van het aantal cellen in het controle-experiment en het aantal gistcellen is honderden keren lager.

De claim van de auteurs dat ze voor het eerst aantonen dat micro-organismen kunnen overleven onder pure waterstof lijkt sterk aangezet. Jack Pronk tovert desgevraagd in een oogwenk een publicatie uit 1966 tevoorschijn, waarin de groei van een bacterie onder waterstof al wordt beschreven. Seager geeft toe dat ze niet naar deze publicatie refereren. Maar, zo schrijft ze: ‘We geven aan dat we voortbouwen op eerder onderzoek naar de groei van bacteriën in omgevingen met hoge concentraties waterstof. We noemen enkele voorbeelden daarvan.’ De onderzoekers schrijven, heel subtiel, dat het vermogen van levende cellen om in dergelijke exotische omstandigheden te overleven niet eerder is onderzocht in de context van onderzoek naar buitenaards leven op exoplaneten.

Grote waterstofatmosferen

Waarom al die aandacht voor waterstof? Seager en collega’s kozen dit gas niet voor niets. Van enkele tientallen van de ruim vierduizend tot nu toe ontdekte exoplaneten hebben we (beperkte) informatie over de atmosfeer. Zo zijn er met telescopen sporen van water of koolstofmonoxide gevonden. Onderzoekers gaan ervan uit dat vrijwel al deze atmosferen voor het grootste deel uit waterstof en helium bestaan. Waterstof is het meest voorkomende element in het universum én waterstofatmosferen zijn erg uitgestrekt waardoor ze makkelijker te detecteren zijn. Wanneer je de aardse stikstof- en zuurstofatmosfeer zou vervangen door waterstof dan zou hij veertien maal ‘groter’ zijn.