In augustus 2007 rapporteerde een onderzoeksteam op Antarctica dat het levende bacteriën in extreem oude brokken ijs had gevonden, waarvan sommige tot wel acht miljoen jaar oud (Bidle et al., 2007). Het was al bekend dat bacteriën harde jongens zijn, maar tot acht miljoen jaar in de diepvries zitten en dan nog vrolijk doorleven? Het klinkt onvoorstelbaar, maar biedt wel perspectieven voor leven buiten onze Aarde.

Leven op ongewone plaatsen

De afgelopen veertig jaar zijn er vaker artikelen verschenen over de extreme omstandigheden waarin bacteriën kunnen overleven, met als bekendste voorbeeld de maanmissie Apollo 12. In 1969 namen de bemanningsleden van deze missie stukken van een tweeënhalf jaar eerder gelanceerd onbemand ruimtevaartuig mee terug naar de aarde, waar bij nadere analyse nog vijftig tot honderd bacteriën op bleken te leven. Ze hadden dus niet alleen het vacuüm van de maan overleefd, maar ook de extreme hitte tijdens de lancering, temperaturen op de maan tot wel twintig graden boven het absolute nulpunt, en een bombardement van een heel scala aan kosmische straling (Noever, 1998). Dit nieuws leidde niet alleen tot strengere quarantainemaatregelen in de ruimtevaart om te voorkomen dat aardse bacteriën zich ongecontroleerd door de ruimte zouden verspreiden, maar ook tot het besef dat bacteriën op extremere plaatsen kunnen voorkomen dan iemand had durven vermoeden. Ondanks de latere kritiek op dit onderzoek – de bacteriën hadden de aarde waarschijnlijk helemaal niet verlaten omdat er geen perfecte quarantaine bij de analyse was – had het een grote impact op het denken over leven buiten de aarde.

Een ander voorbeeld van extreme bacteriën, waarover minder onenigheid bestaat, vinden we in het Vostokmeer. Sinds in 1973 dit ondergrondse meer op Antarctica onder een kilometers dikke ijslaag werd ontdekt, zijn er studies gedaan naar wat er allemaal in huist. Het is al zeker een miljoen jaar afgesloten van de rest van de wereld en kan alleen maar dankzij een extreem hoge druk vloeibaar blijven bij zijn temperatuur van drie graden onder nul: niet de meest ideale omstandigheden voor een ecosysteem. Toch troffen wetenschappers hier in 1999 heetwaterbronnen aan met bloeiende bacteriekoloniën (Karl et al., 1999; Priscu et al., 1999).

Heetwaterbronnen worden opgewarmd door de hitte van de aarde zelf, geothermische warmte genoemd. Het bekendste voorbeeld hiervan zijn geisers, zoals die op IJsland en in het Yellowstone Park in de VS worden aangetroffen. Er zijn echter meer manieren mogelijk waarop warmte aan de aarde ontsnapt, zoals op de bodem van de oceaan. Daar worden plekken aangetroffen waar warmte van het binnenste van de aarde naar buiten komt, de zogenaamde black smokers. De omstandigheden rond deze bronnen zijn zeer extreem: een gemiddelde temperatuur die rond de tachtig graden Celcius kan liggen, een zwavelrijke omgeving en geen zonlicht. Het heeft pas tot laat in de jaren zestig geduurd eer men erachter kwam dat daar überhaupt leven mogelijk is (Madigan en Marrs, 1997).

De levensvormen die in het Vostokmeer werden aangetroffen waren zogenaamde chemosynthetische archaea, een soort bacteriën die juist gedijen bij extreem hoge temperaturen (Bulat et al., 2004). Al minstens een miljoen jaar leven ze slechts van zwavel en de extreme warmte die uit de heetwaterbronnen komt. Het Vostokmeer is echter niet de enige plaats: overal op Antarctica zijn zulk soort ondergrondse meren aangetroffen, met vergelijkbare levensvormen (Siegert, 2005). Al snel bedacht men dat als het hier op Aarde zo extreem kan, het mogelijk ook elders zou kunnen.

Een vloeibare maan

Ons zonnestelsel barst van de locaties met de meest extreme omstandigheden. Denk alleen maar aan de wolken van zwavelzuur op Venus of de ijzig koude temperatuur van -229 °C op Pluto. Toch zijn er een paar plekken buiten onze Aarde waar we mogelijk leven zouden kunnen aantreffen. Ik bedoel hier dan geen leven zoals met die maanmissie, geen bacteriën die we er zelf heen hebben gebracht: ik doel op buitenaards leven.

Van oudsher is Mars de favoriete locatie om naar buitenaards leven te zoeken. Hoewel er misschien ooit leven heeft kunnen ontwikkelen, ziet het er naar uit dat daar nu bar weinig van over is. Vooral in de negentiende eeuw werd er veel gespeculeerd over mogelijk leven op Mars. Overal zag men kanalen, zeeën en restanten van beschavingen. Toen in 1965 de Mariner 4-sonde voor het eerst foto’s van het oppervlak nam, bleek dat Mars een barre, levenloze planeet is: geen rivieren, geen stromend water en de vele kraters die het oppervlak sieren, duiden erop dat er al zeker vier miljard jaar geen platentektoniek is geweest. (Henrichs, 1997) Hoewel er in 2002 waterijs op de polen is aangetroffen (Savage et al., 2002) en recentelijk elders op de planeet (Moskowitz, 2008; Webster en Brown, 2009), lijkt het nog steeds vrij onwaarschijnlijk om leven op de rode planeet aan te treffen. Hoewel er bacteriën zijn die een winterslaap van acht miljoen jaar kunnen overleven, valt het te betwijfelen of ze vier miljard jaar ongeschonden op een dode planeet kunnen doorbrengen.

Daarom kijkt men nu uit naar een geheel ander hemellichaam. Geen planeet, maar Europa, één van de manen van Jupiter. Hoewel hij slechts een fractie kleiner is dan onze eigen maan, lijkt hij er maar weinig op. Het meest opvallende verschil is de tien tot dertig kilometer dikke ijslaag, met daaronder een honderd kilometer diepe oceaan. Onder de oceaan is – net als op Aarde – sprake van platentektoniek. (Geissler et al., 1998) Dat betekent dat deze maan een interne warmtebron én een grote oceaan heeft: twee ingrediënten die we ook in de ondergrondse meren op Antarctica aantreffen. Hoe kan het dat juist Europa deze eigenschappen heeft?

De oorzaak van Europa’s platentektoniek en interne warmtebron is Jupiter. De grootste planeet van ons zonnestelsel heeft een sterke zwaartekracht, wat voor een sterke getijdenwerking zorgt, net als bij de aarde en de maan. Hoe zat het ook alweer met getijdenwerking?

Wanneer twee hemellichamen (zeg de aarde en de maan) om elkaar heen draaien, trekken ze ook aan elkaar. Maar de aantrekkingskracht is niet overal even groot. In het vlak waar de twee aan elkaar grenzen is de aantrekkingskracht sterker dan aan de top, zodat het water op de evenaar richting de maan wordt getrokken. Dit zorgt ervoor dat het water op het oppervlak een ellipsoïde vorm krijgt en als een soort bult uitsteekt. Dit is ook het geval tussen Jupiter en Europa: de sterke zwaartekracht van de grote planeet trekt het water van zijn maan naar zich toe. Echter, bij de aarde draait de planeet ook nog eens zeer snel om zijn as: hierdoor wordt deze bult van water eigenlijk een beetje vooruit geschoven. Deze bult wil heel graag in een lijn met de maan liggen, en remt daardoor langzaam maar zeker de aarde af, tot ooit altijd dezelfde kant van de aarde naar de maan gekeerd zal zijn en de dagen een flink stuk langer zullen zijn. Bij deze afremming ontstaat wrijving, waarbij warmte vrijkomt. (Henrichs, 1997)

Op Europa is iets vergelijkbaars aan de hand. Hoewel die maan altijd met dezelfde kant naar Jupiter wijst, is zijn baan sterk elliptisch. Hierdoor verschuift die bult van water over het oppervlak, zodat er flink wat wrijving ontstaat. Dit zorgt voor genoeg warmte om een honderd kilometer diepe oceaan vloeibaar te houden. Hoewel er ook nog andere warmtebronnen in Europa zijn, zoals radioactieve materialen, is hun bijdrage aan de interne warmtebron lang niet zo groot als die door de getijdenwerking. Phillips en Richards, 2003)

Waarom juist Europa zo’n grote oceaan heeft en de andere grote manen van Jupiter niet, kan nog niet worden gezegd. Wel is het zo dat op Io na alle grote manen van Jupiter een dikke ijslaag hebben. Io is simpelweg te vulkanisch actief om zijn ijs vast te houden: op de zon en Venus na is het zelfs het heetste hemellichaam van ons zonnestelsel! Op Ganymedes en Callisto zijn wel ijslagen aanwezig, zij het een stuk dunner dan op Europa en zonder oceaan eronder.

De toekomstige missie naar Europa

Vrij direct na het ontdekken van de bacteriekoloniën in het Vostokmeer, werd het idee al geopperd om een sonde naar Europa te sturen. Dit leidde uiteindelijk tot de Europa Jupiter System Mission, een samenwerkingsverband tussen NASA en ESA, hoewel de Japanners en Russen ook hun interesse in de missie hebben getoond. De huidige opzet bestaat uit twee satellieten, die de vier grootste manen vanuit hoge banen zullen bestuderen. Ze moeten uitsluitsel geven bij welke manen er leven mogelijk is. Wanneer de Japanners meedoen, dan wordt daar een derde satelliet aan toegevoegd, die de magnetosfeer van Jupiter onder de loep gaat nemen. Maar als de Russen meedoen, zal de meest tot de verbeelding sprekende ruimtesonde worden meegestuurd: een boorkop die door Europa’s dikke ijslaag heen zal boren. (NASA Jet Propulsion Laboratory, 2009)

Conventionele boormethoden, zoals die op boorplatforms worden gebruikt, zijn in dit geval geen optie. Niet alleen is het een hele opgave om door een tien tot dertig kilometer dikke ijslaag te boren, ook is het een groot probleem om alle boormaterialen mee te nemen. Een alternatieve manier kan zijn om een sonde naar beneden laten smelten. De cilindervormige sonde verhit een klein beetje ijs op zijn kop, zodat het vloeibaar wordt. Door de zwaartekracht wordt de sonde naar beneden getrokken. Het warme water bij de kop laat onderliggend ijs smelten. Op die manier boort de sonde zich op een natuurlijke wijze naar beneden. Het is dan ook geen probleem als het ijs achter hem weer dichtvriest. Begin 2002 werd voor het eerst op een eiland in de noordelijke poolcirkel een test gehouden. Ondanks tegenslagen door afnemend zonlicht, dikke pakken sneeuw, extreme kou en hinderlijke ijsberen, wisten ze toch de sonde iets meer dan twintig meter diep te krijgen. Natuurlijk is dat nog lang geen dertig kilometer, maar het laat wel zien dat de technologie werkt. (Webster, 2002)

Voorlopig staan alleen de Europese en Amerikaanse missies gepland. Die zouden in 2020 moeten vertrekken, om vijf jaar later in het Jupiter-systeem aan te komen. In de vijf daaropvolgende jaren zouden ze de vier grootste manen moeten aftasten. Ik hoop persoonlijk dat de Russen mee zullen doen, zodat de boorsonde een kijkje kan nemen in Europa’s gigantische oceaan. Misschien hoeft hij niet eens de volle tien tot dertig kilometer te boren om leven aan te treffen: wie weet zitten er in de bevroren ijslaag ook bacteriën, net zoals in de brokken die op Antarctica waren gevonden. Dan zal het eerste contact met buitenaards leven plaatsvinden tussen een boorkop en diepvriesbacteriën.