Woestijnbacterie haalt water uit gips

Biologie Er is leven mogelijk op plekken zonder vrij beschikbaar water. Dat blijkt uit onderzoek naar bacteriën in Chili.

Cyanobacteriën in gips uit de woestijn.
Cyanobacteriën in gips uit de woestijn. Foto Wei Huang

Micro-organismen in de extreem droge Atacamawoestijn in Chili gebruiken gesteenten als hun waterbron. Het gaat niet om water dat het gesteente is binnengesijpeld, maar om watermoleculen die er chemisch gezien onderdeel van uitmaken. Via een chemische reactie maken de microben de watermoleculen vrij uit het mineraal waarin ze leven. In dit geval is dat gips, dat daarbij wordt omgezet in een andere stof. Dat schreven Amerikaanse onderzoekers deze week in PNAS. Deze ontdekking laat zien dat er leven mogelijk is op plekken zonder vrij beschikbaar water – bijvoorbeeld op Mars.

De Atacamawoestijn in Chili. Vooraan de rotsen waarop de cyanobacteriën leven. Foto Jocelyne DiRuggiero

De Atacamawoestijn is, buiten de poolgebieden, de droogste plek op aarde. De woestijn wordt wel vergeleken met Mars, dat ook kurkdroog is en veel gips aan de oppervlakte heeft. Veel plekken in de Chileense woestijn zijn te droog voor planten of dieren, maar je vindt er wel micro-organismen. Die leven in gesteenten, vlak onder de oppervlakte, waar ze relatief beschermd zijn tegen wind en zonnestraling. Het gaat om cyanobacteriën: eencellige organismen die, net als planten, zelf suikers kunnen maken met behulp van zonlicht. Daarvoor hebben ze ook zuurstof en water nodig. Als dat laatste in hun omgeving niet beschikbaar is, dan halen ze dat uit het gips waarin ze leven.

Gips is een mineraal dat grotendeels bestaat uit calciumsulfaat. In de vorm waarin gips in de natuur voorkomt, zijn de moleculen netjes in rijen gerangschikt in een zogeheten kristalrooster. In dat kristalrooster zijn per calciumsulfaatmolecuul ook twee watermoleculen ingebouwd. Dit ‘kristalwater’ vind je in meer kristallijne stoffen; het water bepaalt mede hoe zo’n stof eruitziet en zich gedraagt. Om het water uit zo’n stof vrij te maken, moet je het kristal verhitten of blootstellen aan een zuur.

De truc beheersen

Zes jaar geleden ontdekten Spaanse onderzoekers al dat zonneroosjes (Helianthemum) tijdens perioden van droogte maar liefst 70 tot 90 procent van hun water uit gips kunnen halen. Maar hoe ze dat precies doen, was nog niet bekend. De Amerikanen tonen nu aan dat ook cyanobacteriën die truc beheersen. Via een combinatie van elektronenmicroscopie en spectroscopie – een techniek om de structuur van moleculen te bepalen – ontrafelden ze het onderliggende mechanisme.

Gipskristallen hebben een driedimensionale structuur die lijkt op een langgerekte diamant. De cyanobacteriën, zo ontdekten de wetenschappers, zoeken bepaalde zijvlakken op aan de korte kant van de gipskristallen. Die zijvlakken vinden ze in breukvlakken die in de goede richting door het gips heen lopen. Bij die specifieke zijvlakken zitten de watermoleculen het dichtst onder de oppervlakte van het kristal. Precies daar scheiden de micro-organismen een dun laagje organische zuren af. Die zuren breken het calciumsulfaat af. Daardoor erodeert het gipskristal en komen de watermoleculen vrij. Tijdens dat proces verandert het kristalrooster van structuur. De nette rijen van calciumfosfaat gaan schuiven en rangschikken zich op een andere manier. Zo ontstaat een andere stof: anhydraat.

De Amerikanen ontdekten dit doordat ze in de gipsgesteenten van de Atacamawoestijn dunne laagjes anhydraat aantroffen op breukvlakken die waren begroeid met cyanobacteriën. Om hun bevindingen te checken, brachten ze cyanobacteriën in hun lab in contact met steriele blokjes gips. Dat deden ze in bakjes met water maar ook in kurkdroge bakjes. Onder natte omstandigheden scheidden de cyanobacteriën geen zuur af en ontstond geen anhydraat op de breukvlakken; in afwezigheid van water gebeurde dat wel, en ook daar groeiden de cyanobacteriën prima.

Mogelijk kunnen ook soldaten ooit water winnen uit gips in de woestijn

Het onderzoek werd betaald door ruimtevaartorganisatie NASA en door de Amerikaanse organisatie voor legeronderzoek. Beide hebben baat bij dergelijk onderzoek: ze willen graag weten of soldaten in extreem droge gebieden water kunnen winnen uit gips, of mensen in de toekomst op die manier op Mars aan water kunnen komen, en of kristallijne stoffen wellicht kunnen dienen als innovatieve manier van wateropslag. Daarnaast helpt dit onderzoek bij de zoektocht naar levensvormen op Mars en andere planeten, aldus de onderzoekers.