Een pot vol aarde, afgesloten in het laboratorium, lijkt nogal saai. Des te meer als dat land is gebombardeerd met gammastraling, een behandeling die wordt gebruikt om micro-organismen, bacteriën, schimmels en elke waarneembare levensvorm te elimineren. En in plaats daarvan bleef dat monster iets heel preciess doen: het verbruikte zuurstof en gaf koolstofdioxide vrij.
Dit is waar de fascinatie van de studie die op is gepubliceerd vandaan komt Wetenschappelijke vooruitgangwaarin wordt gesproken over niet-levende ademhaling: een formule die bijna poëtisch klinkt, terwijl ze een heel concreet fenomeen beschrijft. De gesteriliseerde grond, achtergelaten in afgesloten microkosmos en in de loop van de tijd geobserveerd, bleef CO₂ uitstoten gedurende een zeer lange periode, meer dan zes jaar monitoring. Het leven daarin was verwijderd. Het lijkt erop dat chemische reacties nog steeds iets te maken hadden.
Onvruchtbaar land, levendige reacties
Het eerste dat moet worden verduidelijkt is dit: het inademen van grond is geen verborgen organisme. Geen wezens die in het geheim overleven, geen terugkeer van spontane generatie, geen sprookjes vermomd als wetenschap. Het land blijft onvruchtbaar. Wat beweegt zijn de moleculen die in de bodem achterblijven, samen met de mineralen en organische substantie die deel uitmaken van die zeer gecompliceerde matrix die we elke dag vertrappen zonder al te veel na te denken.
De onderzoekers steriliseerden de monsters en plaatsten ze in luchtdichte containers. Vervolgens maten ze de aanwezige gassen in de loop van de tijd. Als een bodem CO₂ produceert, denken we meestal meteen aan microbiële ademhaling: micro-organismen die organisch materiaal afbreken en koolstofdioxide vrijgeven. Hier verandert het beeld. Na bestraling werd de waarneembare biologische activiteit uitgedoofd, maar de emissies daalden zonder te verdwijnen. In sommige monsters werden ze na 1.606 en 2.442 dagen nog steeds gedetecteerd. Ruim zes jaar.
De details van de glucose maken het beeld nog interessanter. In één deel van de experimenten werd glucose, een eenvoudige suiker, aan het medium toegevoegd. De verrijkte monsters vertoonden hogere emissies dan die zonder pieken, wat suggereert dat sommige transformatiereacties van organische koolstof zouden kunnen doorgaan, zelfs zonder dat levende cellen het proces orkestreren.
De chemie onder je voeten
Om te begrijpen wat er gebeurde, keken de wetenschappers naar de chemie van de bodem. Ze gebruikten isotopenanalyse, spectroscopie en experimentele systemen die de doorgang van elektronen konden detecteren. In de praktijk probeerden ze te begrijpen of die gesteriliseerde aarde nog steeds in staat was reacties te ondersteunen die vergelijkbaar zijn met de reacties die in cellen dienen om organische moleculen te transformeren en energie vrij te maken.
Het woord ‘soortgelijk’ is hier van groot belang. In cellen maken processen zoals de Krebs-cyclus deel uit van de stofwisseling, een zeer fijne machine gemaakt van enzymen, tussenstappen, elektronenuitwisselingen en zuurstofverbruik. Gesteriliseerde grond mist de cel die alles coördineert. Toch lijkt de bodem een soort chemisch platform te bieden: minerale deeltjes, organische verbindingen, moleculaire residuen en mogelijk enzymen die vrijkomen uit dode cellen kunnen sommige transformaties actief houden.
Het is geen ontdekking die uit het niets komt. Al in 2013 werd een studie gepubliceerd over Biogeowetenschappen had het bestaan voorgesteld van een extracellulair oxidatief metabolisme, genaamd EXOMET, gekoppeld aan enzymen die vrijkomen door dode organismen en gestabiliseerd worden door bodemdeeltjes. In dat onderzoek zou dit proces aanzienlijk kunnen bijdragen aan de CO₂-uitstoot door de geanalyseerde bodems, met een geschat aandeel tussen 16% en 48%.
Het nieuwe werk verlengt het temporele perspectief. We hebben het niet langer over restactiviteit die gedurende een paar dagen is waargenomen en die gemakkelijk kan worden afgedaan als een tijdelijke nasleep van een nieuw gesteriliseerd systeem. Hier blijft het fenomeen jarenlang meetbaar. En juist deze duur maakt het resultaat zo moeilijk te negeren.
Leven en materie, minder comfortabele grenzen
De bodem is een van de meest complexe omgevingen op aarde. Binnen een paar gram bestaan mineralen, water, lucht, wortels, bacteriën, schimmels, vers organisch materiaal en oeroud organisch materiaal naast elkaar. Wanneer we het leven uit dit mengsel verwijderen, hebben we de neiging ons een stilstaande materie voor te stellen. Het experiment suggereert iets vuilers, concreter en minder lineair: zelfs zonder actieve cellen kunnen sommige moleculen blijven reageren.
Een deel van de wetenschappelijke gemeenschap dringt aan op voorzichtigheid. Sommige onderzoekers wijzen erop dat enzymen die vrijkomen door dode cellen langer aanwezig kunnen blijven dan verwacht. Anderen trekken de rol in twijfel van mineralen, zoals ijzer- en aluminiumoxiden, die chemische reacties in organische verbindingen kunnen bevorderen. De twee hypothesen kunnen ook naast elkaar bestaan. De bodem laat zich bovendien zelden herleiden tot een zuivere verklaring.
Dit maakt de ontdekking nog nuttiger. Omdat het ons dwingt het terrein als een actief systeem te behandelen, zelfs als de zichtbare biologie is verwijderd. De steriele grond wordt een miniatuur natuurlijk laboratorium, waar de chemie blijft werken met wat ze vindt: suikers, organische resten, mineralen, zuurstof, elektronen.
Want het gaat ook over het klimaat
Bodemademhaling is een van de grote spelers in de mondiale koolstofcyclus. Elke dag wisselen bodems enorme hoeveelheden CO₂ uit met de atmosfeer, vooral door de activiteit van wortels en micro-organismen. Een beter begrip van hoeveel van deze uitwisseling afhangt van levende cellen en hoeveel van extracellulaire of niet-cellulaire processen kan helpen om het gedrag van bodems in een veranderend klimaat nauwkeuriger te begrijpen.
Temperatuur, vochtigheid, droogte, beschikbaarheid van zuurstof en hoeveelheid organisch materiaal veranderen de manier waarop de bodem koolstof vasthoudt of vrijgeeft. Als er chemische reacties zijn die zelfs bij afwezigheid van actief leven kunnen doorgaan, wordt het beeld minder automatisch. De grond is niet alleen een opslagplaats, noch een eenvoudige ondergrond onder de gewassen. Het is een trage, poreuze machine, vol onzichtbare uitwisselingen.
Dan is er nog een gevolg, ouder en fascinerender: de oorsprong van het leven. Als sommige metabolisme-achtige reacties buiten de cellen kunnen plaatsvinden, kan een deel van de chemie die nu met levende organismen wordt geassocieerd, al vóór het daadwerkelijke cellulaire leven zijn verschenen. Het betekent niet dat we het probleem van het ontstaan van het leven op aarde hebben opgelost, maar dat we nog een aanwijzing hebben: bepaalde reacties zouden eerder tot de grondstoffen kunnen behoren dan tot de georganiseerde biologie.
De ontdekking betekent dus niet dat de gesteriliseerde grond leeft. Het zegt iets subtielers en misschien interessanter: de chemie van het leven kan sporen, bewegingen en moleculaire gewoonten achterlaten, zelfs als de cellen niet meer bestaan. Een pot aarde lijkt op dat moment niet langer een stevig ding. Het is daar gesloten. En hij werkt nog steeds.
Mogelijk bent u ook geïnteresseerd in:
