Antarctische micro-organismen overleven bij -20°C door aerotrofie en beïnvloeden de mondiale waterstofcyclus

In de ijskoude bodems van Oost-Antarctica hebben wetenschappers een opmerkelijk overlevingsmechanisme ontdekt bij micro-organismen. Zelfs bij extreme temperaturen van -20°C blijven deze bacteriën metabolisch actief dankzij een proces dat bekendstaat als aerotrofie. In plaats van te vertrouwen op zonlicht of organisch materiaal, halen zij hun energie uit de oxidatie van minieme hoeveelheden atmosferische waterstof en koolmonoxide. Onderzoek dat tussen 2022 en 2024 is uitgevoerd, bevestigt dat deze microben fungeren als primaire producenten die niet afhankelijk zijn van fotosynthese. Dit vermogen is cruciaal voor hun voortbestaan tijdens de maandenlange, donkere poolnacht.

Hoewel deze organismen in extreme kou leven, vertonen hun enzymsystemen een verbazingwekkende thermotolerantie, met geregistreerde activiteit bij temperaturen tot wel 75°C. Deze veerkracht is van groot belang voor de nabije toekomst, met name richting het jaar 2026, aangezien de uitbreiding van aerotrofe processen onder invloed van een veranderend klimaat de mondiale waterstofcyclus ingrijpend kan transformeren. Huidige schattingen wijzen uit dat deze onzichtbare bewoners van de ijsvlakten momenteel al verantwoordelijk zijn voor de consumptie van ongeveer 82% van alle waterstof die in de aardatmosfeer circuleert.

Onderzoekers van de Universiteit van New South Wales, samen met collega's van de universiteiten van Queensland en Monash, hebben eerder vastgesteld dat de genen van deze bacteriën specifieke enzymen coderen. Deze enzymen zijn in staat om waterstof, koolmonoxide (CO) en kooldioxide (CO2) rechtstreeks uit de lucht te filteren. Door CO te oxideren tot CO2 wekken ze energie op, die vervolgens wordt gebruikt om biomoleculen uit CO2 te synthetiseren – een proces dat in feite betekent dat zij "leven van de lucht". Het begrijpen van deze overlevingsstrategieën in omgevingen met extreem weinig organisch materiaal biedt nieuwe perspectieven voor de astrobiologie en suggereert dat leven mogelijk kan gedijen in de barre omstandigheden op andere planeten.

Jaarlijks komt er tussen de 40 en 130 miljoen ton waterstof vrij uit het binnenste van onze planeet in de atmosfeer, waarbij micro-organismen een sleutelrol spelen in de migratie en verwerking ervan. Terwijl de industriële productie van waterstof enorme hoeveelheden energie vereist, laten deze Antarctische microben een natuurlijk, energie-efficiënt proces zien dat bij zeer lage temperaturen functioneert. Deze natuurlijke vorm van recycling onderstreept de fundamentele positie die deze micro-organismen innemen binnen de planetaire biogeochemische cycli en de algehele balans van gassen op aarde.

Om hun cellulaire functies in stand te houden bij temperaturen waarbij de meeste bodemflora in een staat van schijndood (anabiose) gaat – wat doorgaans gebeurt onder de +5°C – passen deze bacteriën de samenstelling van hun vetten aan. Door het gebruik van kortketenige en onverzadigde vetzuren behouden hun celmembranen een vloeibaar-kristallijne toestand, wat essentieel is voor voortdurende groei en metabolisme. Hiermee vormen de Antarctische aerotrofen een uniek model voor het bestuderen van de grenzen van microbiële levensvatbaarheid en hun vaak onderschatte, maar significante invloed op de mondiale gasbalans.