De mysterieuze microben die diep in de aarde leven -- en hoe ze de mensheid kunnen helpen

De grond onder je voeten herbergt een enorme, mysterieuze wereld van microben -- waarvan sommige al honderdduizenden jaren in de aardkorst verblijven. Hoe is het daar beneden? Maak een uitstapje naar de vulkanen en warmwaterbronnen van Costa Rica, terwijl microbioloog Karen Lloyd licht werpt op deze ondergrondse organismen en laat zien hoe ze een diepgaande invloed kunnen hebben op het leven hier boven.

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)