ZOUTMEREN OP KILOMETERS DIEPTE HERBERGEN VREEMDE EXTREMOFIELEN

Meer in de zee

In extreem zoute bassins op de bodem van de Middellandse Zee moeten nog levensvormen te vinden zijn. Het Italiaanse onderzoeksschip Urania vist naar dergelijke nog onbekende extremofielen.

De diepzee stinkt naar rotte eieren. De walm stijgt op uit een flesje met het grauwgele watermonster, afkomstig van een diepte van 3300 meter in de Middellandse Zee. ``Het stinkt naar leven', zegt Elisa Malinverno, geologe aan de universiteit van Milaan. Waarschijnlijk dragen zwavelwaterstof-producerende micro-organismen bij aan de stank, legt ze uit in het kleine boordlaboratorium van het Italiaanse onderzoeksschip Urania. Het monster is een deel van de oogst van een expeditie naar de diepste bassins van de Middellandse Zee, een week eerder.

In dit soort monsters hopen Malinverno en collega's nieuwe levensvormen te ontdekken, toegerust op de omstandigheden die heersen in extreem zoute bassins op de bodem van de Middellandse Zee. Deze onderzeese pekelmeren hebben een zoutgehalte tussen twintig en dertig procent. Ze ontstonden toen de Middellandse Zee zes miljoen jaar geleden verdampte en later weer vol liep. Sedimenten sloten de zoutlagen af, maar niet overal, waardoor plaatselijk zoutmeren in de diepzee ontstonden. Door het hoge zoutgehalte lost daar weinig zuurstof op in het water. De dieptes van meer dan drieduizend meter nemen alle licht weg, en micro-organismen hebben te kampen met een druk van 300 tot 400 maal de normale luchtdruk. De zware zoute waterlaag mengt nauwelijks met de laag erboven: de grenslaag is hoogstens een paar decimeter dik.

Reden genoeg om het voorkomen van nog onbekende extremofielen te verwachten: levensvormen die toegerust zijn op extreme omstandigheden, of die er niet buiten kunnen. ``Waar je ook gaat zoeken, overal vind je micro-organismen', verzekert dr. Laura Giuliani, coŲrdinator van Biodeep (Biotechnologies from the Deep) een internationaal Europees onderzoeksproject met als doel om in deze bassins naar leven te zoeken, en mogelijke toepassingen daarvan. Giuliani, is onderzoekster bij een zee-onderzoeksinstituut in het Messina, de Siciliaanse thuishaven van de Urania.

Tijdens de expeditie daalde de diepzeesonde Modus aan een kabel af naar de diepte, vertelt Giuliani. Nu prijkt Modus, gekoppeld aan het diepzee-meetstation Geostar, achter haar op het achterdek van de Urania. Modus ging tot de grenslaag tussen gewoon zeewater en pekel. Verder kon het aluminium gevaarte niet komen, vanwege het gevaar dat het hoge zoutgehalte het apparaat aan zou vreten. Vanuit de sonde werden speciale monstervaten van geanodiseerd aluminium neergelaten tot diep in het zoutbassin om monsters op te halen. Ook de grenslaag is bemonsterd.

De expeditie verliep verrassend voorspoedig, meldt Giuliani, en daarom uitputtend voor de onderzoekers. Met ladingen tegelijk kwamen de monsters naar boven. ``Om de paar uur moesten we aan dek op om de monsters te behandelen', zegt Giuliani. De eerste resultaten van het Biodeep-onderzoek verwacht ze pas over een jaar. Maar dat een aantal monsters nu al langzaam troebeler worden , geeft haar hoop. Dat is een aanwijzing dat er vormen van leven in zitten.

Een deel van de oogst is naar de Groningse microbioloog dr. Henk Bolhuis gestuurd, die met collega's het erfelijk materiaal van de micro-organismen moet gaan analyseren. ``We hebben ze net binnen', zegt Bolhuis, aan de telefoon in Groningen. Voor een deel zijn het al behandelde monsters, gefiltreerd, en chemisch behandeld, zodat de cellen openknappen en hun DNA prijsgeven. ``Het zijn buisjes doorzichtige vloeistof, maar het is heel bijzonder om zoiets in handen te hebben', zegt Bolhuis, ``tenslotte zijn ze afkomstig van een plek waar geen mens ooit geweest is.'

Aan de hand van de gevonden mutaties in stukjes DNA van de bacterieŽn en archeae (een andere tak van micro-organismen) wil Bolhuis bepalen wat voor gemeenschappen er in de diepte leven. Vooral de grenslaag is interessant. Omdat het zoute water een hogere dichtheid heeft dan het water erboven, blijft veel zinkend organisch materiaal steken rond de grenslaag, als een voedingsbron voor leven.

De Groningers gaan ook proberen bacteriŽn uit onbehandelde monsters in kweek te brengen. De reden voor al die moeite, vertelt Bolhuis, is dat de bassins tienduizenden jaren onaangeroerd zijn, en volkomen geÔsoleerd.

Het is waarschijnlijk dat zulke bassins hun eigen ecosystemen hebben waarin organismen unieke overlevingsstrategieŽn hebben ontwikkeld. In andere extreme omgevingen zijn er bijvoorbeeld halofielen ontdekt, soorten die alleen gedijen in een zoute omgeving. Ook zijn er barofielen, die niet zonder hoge druk kunnen, en soorten die hun stofwisseling op zwavel baseren in plaats van op zuurstof, zoals vermoedelijk in het stinkende potje in het Urania-lab. Extremofielen hebben al stoffen opgeleverd die door hun bestandheid tegen extreme condities gebruikt worden in de afvalwaterverwerking, in textielbewerking, in wasmiddelen en in de farmaceutische industrie. Maar Bolhuis is niet echt uit op biotechnologische toepassingen. ``Er is een redelijke kans dat we wetenschappelijk verrassende organismen tegen komen', zegt hij, ``Die combinatie van extreme omstandigheden die je in deze bassins vindt, tref je nergens anders.'

Geostar: zo lang mogelijk onder water

Het Italiaanse onderzoeksschip Urania, gewend om kilometers diepe zeeŽn te bevaren, ligt voor anker in de straat van Messina, de ondiepe zeestraat tussen de Italiaanse laarspunt en SiciliŽ. Op het achterdek prijkt Geostar, acroniem voor Geophysical and Oceanographic Staton for Abyssal Research. Het is het eerste Europese meetstation dat langere tijd metingen kan doen op grote diepten, tot 4000 meter.

Het gevaarte heeft vijftien miljoen euro gekost, grotendeels betaald door de Europese Commissie, en heeft afgelopen jaar zijn eerste succesvolle missie voltooid: 206 dagen helemaal zelfstandig op 2000 meter diepte in de zee ten noorden van SiciliŽ. Wanneer en waar de volgende expeditie zal zijn, is nog onderwerp van onderhandelingen met de Europese Commissie, net als het aanleggen van een netwerk van onderzeese meetstations voor diepzee-geologen en -biologen.

Een uitgelezen moment dus voor een demonstratie voor de pers. Op het achterdek van de Urania komt langzaam de manshoge lier in beweging. Geostar is opgehangen onder Modus, de manoeuvreerbare docker, nodig om Geostar op de bodem af te zetten en op te halen, maar ook bruikbaar als losse diepzeesonde.

Terwijl de Modus-Geostar-combinatie langzaam de zee in zakt, zijn in het boordlab van de Urania onderwaterbeelden van Modus' videocamera's te zien. Het schip verdwijnt gestaag in de hoogte, tot het gevaarte met een onhoorbare plof op de bodem terechtkomt. Vissen zwemmen er kalmpjes overheen. In het echt, op grotere diepten dan 22 meter, zou Modus hier Geostar loslaten. Nu gaan beiden weer naar boven.

Terug op het achterdek mag Geostar bewonderd worden: een stevig aluminium frame, voorzien van een met een flinke batterij druk- en corrosiebestendige meetinstrumenten. Er zijn thermometers, drukmeters, een magnetometer voor magnetische velden, een seismometer voor trillingen van de aardkorst, chemische sensoren en een doppler-sonar die met ultrageluid de stromingen boven het station meet. Een forse accu voedt de meetinstrumenten en de computer die alle gegevens opslaat.

Communicatie met Geostar is lastig: radiogolven komen onder water niet ver, dus is er een ingenieus driedubbel communicatiesysteem. Voor het doorgeven van commando's en summiere statusgegevens gebruikt Geostar geluidsgolven. Die gaan naar het moederschip of een speciale boei in de buurt, die de signalen per satelliet door kan geven aan de kuststations.

Voor het doorgeven van samenvattingen van de meetgegevens is er een systeem van boodschapper-capsules. Dat zijn staven met geheugenchips aan boord die boven komen drijven. Ze kunnen op zee opgepikt kunnen worden, of ze seinen hun gegevens per satelliet door naar de wal. Gedetailleerde meetgegevens worden pas opgehaald als Modus weer afdaalt en wordt aangesloten. Dan stromen alle meetgegevens door de glasvezel in de Modus-kabel naar het moederschip.

Bruno van Wayenburg, NRC Handelsblad, 6 oktober 2001