Het lijkt misschien alsof we allemaal op vaste grond staan,
maar dat is niet zo.
In de rotsen en de grond onder ons zitten zeer kleine barstjes
en lege ruimten.
Deze lege ruimtes bevatten astronomische hoeveelheden microben,
zoals deze.
De diepste in de aarde gevonden microben tot nu toe
bevonden zich vijf kilometer diep.
Als je je naar beneden richtte
en de grond in zou beginnen te rennen,
kon je een hele 5K-race lopen en de hele tijd microben tegenkomen.
Misschien heb je nog nooit gedacht aan deze microben
diep in de aardkorst,
maar waarschijnlijk wel aan de microben in onze darmen.
Als je de darmmicrobiomen optelt
voor alle mensen en dieren op de planeet
kom je aan ongeveer 100.000 ton.
Dat is een enorm bioom dat wij elke dag meezeulen in onze buiken.
Laten we daar trots op zijn.
(Gelach)
Maar het verbleekt in vergelijking met het aantal microben
over het gehele oppervlak van de aarde,
zoals in onze bodem, rivieren en oceanen.
Tezamen wegen deze ongeveer twee miljard ton.
Maar het blijkt dat de meeste microben op aarde
niet eens in de oceanen, onze darmen of zuiveringsinstallaties zitten.
De meeste zitten feitelijk in de aardkorst.
Samen wegen ze 40 miljard ton.
Dat is een van de grootste biomen op de planeet,
en tot een paar decennia geleden wisten we niet eens dat het bestond.
De mogelijkheden voor wat het leven daar beneden is,
of wat het zou kunnen doen voor de mens,
zijn eindeloos.
Deze rode stippen geven de plekken aan
waar we vrij goede monsters uit de diepe ondergrond hebben verkregen
met moderne microbiologische methoden.
Je zou geïmponeerd kunnen zijn
door de vrij goede wereldwijde dekking,
maar als je bedenkt dat dit de enige plaatsen zijn
waar we monsters van hebben, ziet het er niet zo goed uit.
Als we in een buitenaards ruimteschip zaten
om een wereldkaart te maken met alleen deze monsters,
zou het nooit lukken.
Mensen zeggen me soms:
"Ja, er zitten wel veel microben in de ondergrond, maar ...
zijn die niet min of meer inactief?"
Dit is een goed punt.
Vergeleken met een ficus, de mazelen of de cavia's van mijn kind
doen deze microben waarschijnlijk weinig of niets.
We weten dat ze traag moeten zijn, omdat er zoveel van zijn.
Als ze allemaal begonnen te delen met de snelheid van E. coli,
zouden ze de hele massa van de aarde, rotsen inbegrepen,
in één enkele nacht verdubbelen.
In feite hebben vele ervan
waarschijnlijk nog niet eens één enkele celdeling ondergaan
sinds de tijd van het oude Egypte.
Om gek te worden gewoon.
Probeer je je maar eens dingen voor te stellen die zo lang leven?
Maar ik bedacht een analogie die ik echt leuk vind,
maar ze is raar en ingewikkeld.
Dus hoop ik dat jullie er een beetje willen in meegaan.
Oké, laten we het proberen.
Probeer je de levenscyclus van een boom voor te stellen ...
als je slechts één dag te leven had.
Als een mensenleven slechts één dag duurde
en we in de winter leefden,
zou je je hele leven lang
nooit een boom met bladeren zien.
Zovele menselijke generaties
zouden in die ene winter voorbijgaan
dat je uitsluitend geschiedenisboeken kon vinden
waarin staat dat bomen levenloze stokken zijn
die niets doen.
Natuurlijk is dit belachelijk.
We weten dat bomen op de zomer wachten
om in gang te schieten.
Maar als een mensenleven
significant korter was dan dat van bomen,
zouden we helemaal niets afweten van dit alledaagse gegeven.
Zeggen dat deze diep-ondergrondse microben inactief zijn,
is als mensen die maar één dag leven proberen te achterhalen hoe bomen werken.
Wat als deze diep-ondergrondse organismen
gewoon wachten op hun versie van de zomer,
maar ons leven te kort is om het te zien?
Als je E. coli opsluit in een reageerbuis,
zonder voedsel of voedingsstoffen,
en het daar voor maanden tot jaren laat,
zal het grootste deel van de cellen afsterven omdat ze uithongeren.
Maar een paar cellen overleven.
Als je deze oude overlevende cellen laat concurreren,
opnieuw onder hongeromstandigheden,
met een nieuwe, snel groeiende kweek van E. coli,
dan winnen de grijze oude stoere jongens het altijd van de nieuwelingen,
keer op keer.
Dit bewijst dat er een evolutionair voordeel is
aan buitengewoon traag zijn.
Dus zou het kunnen
dat we traagheid niet moeten gelijkstellen met onbelangrijk zijn.
Misschien zouden deze 'uit het oog, uit het hart'-microben
nuttig kunnen zijn voor de mensheid.
Voor zover wij weten,
zijn er twee manieren om ondergronds te leven.
De eerste is wachten op voedsel
dat naar beneden sijpelt van de oppervlaktewereld,
alsof je probeert de restjes te eten van een 1000 jaar oude picknick.
Dat is een gekke manier van leven,
maar eigenaardig genoeg lijkt dat te werken
voor een heleboel microben op aarde.
De andere mogelijkheid is dat een microbe gewoon zegt,
"Bah, ik kan zonder die oppervlaktewereld.
Ik heb het goed hier beneden."
De microben die zo leven,
vinden alles wat ze nodig hebben om te overleven
binnenin de aarde.
Aan sommige dingen raken ze eigenlijk gemakkelijker.
Die zijn overvloediger onder de grond,
zoals water of nutriënten, zoals stikstof, ijzer en fosfor,
of habitats.
Dat zijn dingen waar we elkaar letterlijk voor uitmoorden
in de oppervlaktewereld.
Maar in de ondergrond is het vinden van voldoende energie het probleem.
Aan de oppervlakte
kunnen planten kooldioxidemoleculen
chemisch aan elkaar breien tot lekkere suikers
zodra fotonen van de zon op hun bladeren terechtkomen.
Maar in de ondergrond is er natuurlijk geen zonlicht,
dus moet dit ecosysteem het probleem oplossen
om iedereen aan voedsel te helpen.
Het ondergrondse heeft iets nodig zoals een plant,
maar een die rotsen ademt.
Gelukkig bestaat er zoiets:
de chemolithoautotroof.
(Gelach)
Dat is een microbe die chemicaliën gebruikt -- ‘chemo’,
uit rotsen -- ‘litho’
om voedsel te maken – ‘autotroof’.
En dat kunnen ze met allerlei atoomsoorten.
Het gaat met zwavel, ijzer, mangaan, stikstof, koolstof,
sommigen kunnen zelfs pure elektronen gebruiken, rechttoe rechtaan.
Ze zouden aan het eind van een elektrisch snoer
kunnen ademen als aan een snorkel.
(Gelach)
Deze chemolithoautotrofen
gebruiken de energie die ze uit deze processen halen
om voedsel te maken, net zoals planten.
Maar we weten dat planten meer doen dan eten maken.
Ze maken ook een afvalproduct, zuurstof,
waarvan wij voor 100% afhankelijk zijn.
Maar het afvalproduct dat deze chemolithoautotrofen maken
is vaak in de vorm van mineralen,
zoals roest, pyriet oftewel gekkengoud,
en carbonaten zoals kalksteen.
Daar zitten dus microben die buitengewoon traag zijn, zoals rotsen,
en die hun energie krijgen van rotsen,
en hun afvalproducten zijn weer andere rotsen.
Praat ik nu over biologie, of heb ik het over geologie?
Dit spul vervaagt echt de lijnen.
(Gelach)
Als ik me daarmee ga bezig houden,
als bioloog die microben bestudeert
die zich een beetje als rotsen gedragen,
dan zou ik wel geologie moeten gaan studeren.
En wat is het coolste deel van de geologie?
Vulkanen.
(Gelach)
Hier kijken we in de krater van de Poás Vulkaan in Costa Rica.
Veel vulkanen op aarde ontstaan doordat een oceanische tektonische plaat
tegen een continentale plaat botst.
Aangezien deze oceaanplaat
onder het continentale plat induikt,
worden dingen zoals water, kooldioxide en andere materialen
eruit geperst,
alsof je een nat washandje uitwringt.
Subductiezones zijn dus als poorten naar de diepte
waar materialen worden uitgewisseld
tussen de oppervlakte en de ondergrondse wereld.
Ik werd onlangs uitgenodigd door een aantal collega's in Costa Rica
om er met hen een aantal vulkanen te komen bestuderen.
Natuurlijk zei ik ja, want Costa Rica is niet alleen mooi,
maar het ligt ook pal bovenop een subductiezone.
We wilden de zeer specifieke vraag te stellen:
Hoe komt het dat de kooldioxide
die uit deze diep begraven oceanische tektonische plaat komt
alleen ontsnapt via de vulkanen?
Waarom niet verspreid over de hele subductiezone?
Hebben de microben daar iets mee te maken?
Dit is een foto van mij in Poás Volcano,
samen met mijn collega Donato Giovannelli.
Dat meer naast ons bestaat uit puur accuzuur.
Ik weet dat omdat we er de pH van hebben gemeten toen we deze foto namen.
Terwijl we bezig waren in de krater,
stelde ik mijn Costa-Ricaanse collega Carlos Ramírez de vraag:
"Als dit ding nu uitbarst,
wat is dan onze ontsnappingsstrategie?"
En hij zei: "Oh, ja, goede vraag, heel makkelijk.
Draai je om en geniet van het uitzicht."
(Gelach)
"Want het zal je laatste zijn."
(Gelach)
Hij leek misschien wat overdreven dramatisch,
maar 54 dagen nadat ik bij dat meer stond,
gebeurde dit.
Publiek: Oh!
Angstaanjagend, toch?
(Lacht)
Dit was de grootste uitbarsting van deze vulkaan in meer dan 60 jaar,
en niet lang nadat deze video eindigt,
werd de camera vernield die de video opnam
en verdampte het hele meer dat we hadden bemonsterd.
Maar ik wil ook duidelijk zijn
dat we er vrij zeker van waren dat dit niet zou gebeuren
op de dag dat we in de vulkaan waren,
omdat Costa Rica zijn vulkanen zeer zorgvuldig bewaakt
door de OVSICORI Instituut,
en wetenschappers van dat instituut ons die dag vergezelden.
Maar het feit dat hij uitbarstte, illustreert perfect
dat als je wilt zoeken naar waar het kooldioxidegas
uit de oceaanplaat komt,
je niet verder hoeft te kijken dan naar de vulkanen zelf.
Maar als je naar Costa Rica gaat,
zal je merken dat naast deze vulkanen
het er wemelt van dit soort gezellige warmwaterbronnen.
Een deel van het water in die warme bronnen
borrelt feitelijk op uit die diep begraven oceanische plaat.
Onze hypothese was dat er kooldioxide
mee zou moeten opborrelen,
maar dat iets diep onder de grond het eruit haalde.
Dus gingen we twee weken rondrijden in Costa Rica,
en namen we stalen van elke bron die we konden vinden --
verschrikkelijk, kan ik jullie vertellen.
De volgende twee jaar hebben we gemeten en de gegevens geanalyseerd.
Als je geen wetenschapper bent, vertel ik je dat de grote ontdekkingen
niet gebeuren bij een mooie warme bron
of op een openbaar podium,
maar terwijl je gebogen zit over een nukkige computer
of een moeilijk instrument afstelt,
of aan het skypen bent met je collega's
omdat je helemaal in de war bent over je gegevens.
Wetenschappelijke ontdekkingen,
net zoals die microben diep onder de grond,
kunnen zeer, zeer traag verlopen.
Maar in ons geval had het deze ene keer echt vruchten afgeworpen.
We ontdekten dat letterlijk tonnen kooldioxide
uit deze diep begraven oceanische plaat kwamen.
En wat ze onder de grond
en uit de atmosfeer hield,
was dat er diep onder de grond,
onder al die schattige luiaards en toekans van Costa Rica,
chemolithoautotrofen waren.
Deze microben en de chemische processen die om hen heen gebeurden,
zetten dit kooldioxide om in carbonaten
en hielden het zo onder de grond.
Waardoor je je afvraagt:
als deze ondergrondse processen zo goed zijn in het opzuigen
van alle kooldioxide eronder,
kunnen ze ons dan ook helpen met een klein koolstofprobleem
waar we aan de oppervlakte mee af te rekenen hebben?
Mensen zetten genoeg kooldioxide vrij in de atmosfeer
dat we het vermogen van onze planeet verminderen
om het leven zoals wij dat kennen te onderhouden.
Wetenschappers, ingenieurs en ondernemers
werken aan methoden om kooldioxide
aan deze puntbronnen te onttrekken
zodat het niet in de atmosfeer terechtkomt.
Ze moeten er ergens mee naartoe.
Om deze reden moeten we
de plaatsen bestuderen waar deze koolstof kan worden opgeslagen,
eventueel in de ondergrond,
om te weten wat ermee gebeurt als het daar naartoe gaat.
Zullen deze microben uit de diepe ondergrond te traag zijn
om daar beneden echt iets vast te houden?
Of zullen ze nuttig zijn
omdat ze dit spul kunnen vastleggen onder de vorm van vaste carbonaten.
Als we zo'n grote doorbraak kunnen maken
door slechts die ene studie in Costa Rica,
stel je dan voor wat er daar beneden nog te ontdekken valt.
Dit nieuwe gebied van geo-bio-chemie, of diep-ondergrondse biologie,
of hoe je het ook wilt noemen,
zal grote gevolgen hebben,
niet alleen bij het tegengaan van de klimaatverandering,
maar mogelijk ook om te begrijpen
hoe het leven en de aarde samen evolueerden,
of voor het vinden van nieuwe producten
die nuttig zijn voor industriële of medische toepassingen.
Misschien zelfs om aardbevingen te voorspellen
of om buitenaards leven te vinden.
Het kan ons zelfs helpen om de oorsprong van het leven zelf te begrijpen.
Gelukkig hoef ik dit niet alleen te doen.
Ik heb geweldige collega's over de hele wereld,
die de geheimen ontrafelen van deze diepe ondergrondse wereld.
Dit leven zo diep in de aardkorst staat zo ver af van onze dagelijkse ervaring
dat het irrelevant lijkt.
Maar de waarheid is dat dit vreemde, langzame leven
in feite antwoorden kan geven op enkele van de grootste mysteries
van het leven op aarde.
Dank je.
(Applaus)