Oud en ingezouten

Karel Knip 21 OKTOBER 2000

BACTERIE OVERLEEFT 250 MILJOEN JAAR IN ZOUTKRISTAL

En hij leefde nog steeds, de bacterie die is gevonden in een kwart miljard jaar oud insluitsel in zoutkristal. Het oude record stond op 50 miljoen jaar.

Amerikaanse biologen hebben levende bacteriën aangetroffen in vochtinsluitsels van zoutkristallen die 250 miljoen jaar oud zijn. Niet eerder zijn bacteriën uit het Perm, het tijdperk van vóór de dinosauriërs, tot leven gebracht. De bacteriën hebben kennelijk al die tijd als spore, een rustvorm, in het zout doorgebracht zonder hun kiemkracht te verliezen. In een geschikte voedingsoplossing bleken ze weer tot goede groei in staat. Een eerste DNA-onderzoek heeft aangetoond dat ze sterk verwant zijn aan een zoutminnende bacteriesoort die ook nu nog wordt aangetroffen in de Dode Zee.

Onderzoekers Russel Vreeland en William Rosenzweig, verbonden aan de West Chester University in Pennsylvania, beschrijven hun sensationele ontdekking deze week in Nature (19 oktober). Vorig jaar juni was het nieuws al bekendgemaakt op een vergadering van de American Society for Microbiology in Chicago. In een begeleidend commentaar in Nature wordt zowel enthousiasme als grote behoedzaamheid uitgesproken: eigenlijk had het resultaat pas geaccepteerd mogen worden als anderen het werk hadden herhaald.

Eerdere claims op nog levende prehistorische bacteriën zijn, op één na, stuk voor stuk verworpen, omdat achteraf niet kon worden gegarandeerd of geverifieerd dat de `oude' bacteriën vrij waren gebleven van een besmetting met veel jongere bacteriën. Vijf jaar geleden meldde de Amerikaanse onderzoeker Raúl Cano in Science (19 mei 1995) dat hij bacteriën had gekweekt uit de darminhoud van een prehistorische Zuid-Amerikaanse bij die zeker 25 miljoen jaar had opgesloten gezeten in een klomp barnsteen die in de Dominicaanse Republiek was gevonden. Ook nu betrof het een sporevormendebacterie die sterk verwant bleek aan de bacteriesoort die nog vandaag-de-dag symbiotisch leeft in de darm van Dominicaanse bijen. De vondst werd met veel scepsis ontvangen, maar is uiteindelijk niet verworpen, al vonden critici ook toen al dat het resultaat eerst door anderen moest zijn bevestigd.

De zoutkristallen waarin de levende Perm-bacteriën zijn aangetroffen, werden verzameld uit de wand van de ventilatieschacht van de Waste Isolation Pilot Plant (WIPP) bij Carlsbad in het zuidooosten van New Mexico. De WIPP is de plaats die de Amerikaanse overheid na een eindeloos debat aanwees voor de opslag van licht radioactief afval. Het is een speciaal voor dit doel aangelegde zoutmijn op ongeveer 650 meter diepte. De daar aanwezige Salado-formatie is uitputtend beschreven door de geoloog Tim K. Lowenstein van John Hopkins University. Geologen hebben al lang grote belangstelling voor de vochtinsluitsels in zoutkristallen omdat ze aanwijzingen geven over de aard van de zeeën waaruit de zoutafzettingen door indamping ontstonden - vooropgesteld dat achteraf geen `vreemd' water via scheuren en dergelijke binnendrong. Dat blijkt wel eens voor te komen.

Ook voor het onderhavige bacterie-onderzoek was het van groot belang zekerheid te krijgen over de ouderdom en de ongerepte staat van de druppeltjes oud zeewater die zich, zichtbaar voor het blote oog, in het centrum van de kristallen bevonden. Vreeland en Rosenzweig kozen alleen kristallen die geen barsten, scheuren of andere beschadigingen toonden. De definitieve datering van het steenzout (haliet) rond de aangeboorde kristallen kwam van een secure en goed reproduceerbare argon-datering aan begeleidende mineralen (langbeiniet). Over de ouderdom van het vochtinsluitsel lijkt weinig twijfel mogelijk.

De techniek om het zeewaterdruppeltje aan te boren kon worden overgenomen van de geologen. Dat is niet al te lastig, omdat de kristallen zo groot zijn als suikerklontjes. De crux van het werk zit hem in het aanbrengen en bewaren van steriliteit, om uit te sluiten dat het fossiel zeewater wordt besmet met modern materiaal. De onderzoekers brachten de geselecteerde kristallen achtereenvolgens in geconcentreerd natronloog en zoutzuur en werkten in een kiemvrije ruimte onder constante aanvoer van steriele lucht. Men liet de activiteiten vergezeld gaan van een veelheid aan controles.

De druppeltjes prehistorisch zeewater die ten slotte met een injectienaald konden worden verzameld, werden geënt in warme, goed beluchte kweekoplossingen die speciaal op de ontvangst van zoutminnende bacteriën waren ingericht. In een kweekoplossing die bijna uitsluitend uit aminozuren (afkomstig uit caseïne) en zout bestond kwamen ze weer tot activiteit en vermeerdering.

basenparen

Daarna kon zonder veel moeite de verwantschap met moderne bacteriën worden onderzocht. Gewoontegetrouw wordt daarvoor een (au fond arbitrair gekozen) stukje DNA onderzocht dat codeert voor zogenoemd ribosomaal RNA (16S). Dat stuk DNA is ongeveer 1.500 basenparen lang en is, sinds de start van dit soort analyses in de jaren zeventig, al voor talloze bacteriën nauwgezet in kaart gebracht. Elke willekeurige nieuw gevonden volgorde aan basenparen kan met behulp van een computerprogramma worden vergeleken met bestaande volgordes.

Het bevredigende aan het werk was dat de software de grootste verwantschap aantoonde met een Bacillus-soort die nu nog in de Dode Zee voorkomt: Bacillus marismortui. Daar valt tegenover te stellen dat de kans groot is dat de soort ook als moderne verontreiniging tussen het zout kan voorkomen. Een zwakheid van het onderzoek van Vreeland en Rosenzweig is dat de vochtinsluitsels niet microscopisch zijn onderzocht.

Het nieuws roept een veelheid van vragen op, schrijft Nature in het commentaar. Onduidelijk is hoe de bacteriën, zonder duidelijke energiebron, hun DNA al die tijd wisten te beschermen tegen het natuurlijk verval. Zijn op veel meer plaatsen in de aardbodem prehistorische bacteriën te verwachten? Zijn er dus bacteriën die nagenoeg onsterfelijk zijn en betekent dat dan dat overdracht van bacteriën, via meteorieten, van planeet naar planeet mogelijk is? Het eerste dat er nu gebeuren moet is: herhalen van het werk.

Foto-onderschrift:

Het linker steenzoutkristal is beschadigd, het rechter bevat vochtinsluitsels met levende bacterin van 250 miljoen jaar oud. Foto's Nature