Levensteken op Venus: Bacteriën vluchtten de wolken in

Fosfine geldt als een teken van leven, dus toen dit gas gevonden werd in de atmosfeer van Venus, trok het de aandacht. Misschien zocht het leven zijn toevlucht in de wolken toen het broeikaseffect de bodem onbewoonbaar maakte.

Fosfine geldt als een teken van leven, dus toen dit gas gevonden werd in de atmosfeer van Venus, trok het de aandacht. Misschien zocht het leven zijn toevlucht in de wolken toen het broeikaseffect de bodem onbewoonbaar maakte.

ESA/NASA & Shutterstock

Als we 2 miljard jaar terug in de tijd konden reizen en onze buurplaneet Venus konden bezoeken, zouden we ons er thuisvoelen. Mogelijk was er zelfs biologisch leven aan de oppervlakte.

Sindsdien is Venus door miljoenen jaren van klimaatveranderingen in een brandende hel veranderd, wat hem de bijnaam ‘de boze tweeling van de aarde’ opgeleverd heeft.

Maar misschien zocht het leven een veilig heenkomen voor het sterke broeikaseffect. Onderzoekers van Cardiff University en het Massachusetts Institute of Technology (MIT) denken dat dit het geval was.

Met zeer geavanceerde telescopen observeerden ze golflengten van het licht uit de atmosfeer van Venus die duiden op de aanwezigheid van moleculen van het gas fosfine in de wolken boven de planeet.

De onderzoekers stellen dat geen enkele bekende chemische of fysische reactie fosfine kan creëren in de gemeten concentraties – alleen biologisch leven zoals we het op aarde kennen kan dat.

© Shutterstock

De aarde

  • Afstand tot de zon: 150 miljoen km
  • Oppervlaktetemperatuur: Gemiddeld 15 °C
  • Druk aan de oppervlakte: 1 bar
  • Hoogste berg: Mount Everest, 8,8 km
  • Atmosfeer: 78% N2, 21% O2, 1% Ar
  • Zwaartekracht: 9,8 m/s2
  • Manen: 1
© Shutterstock

Venus

  • Afstand tot de zon: 108 miljoen km
  • Oppervlaktetemperatuur: Gemiddeld 465 °C
  • Druk aan de oppervlakte: 93 bar
  • Hoogste berg: Maxwell Montes, 17 km
  • Atmosfeer: 96% CO2, 3% N2
  • Zwaartekracht: 8,9 m/s2
  • Manen: Geen

De teamleden waren overrompeld door deze sensationele ontdekking, vertelt de onderzoeksleider, astronoom Jane Greaves.

Ze zochten namelijk niet naar leven op de buurplaneet toen ze de atmosfeer onder de loep namen, maar vonden er desondanks tekenen van in de hogere luchtlagen.

Het team wijst erop dat Venus waarschijnlijk ooit een aardeachtige planeet met water en een aangename oppervlaktetemperatuur was.

Een op hol geslagen broeikaseffect kan echter eventueel leven aan de oppervlakte gedwongen hebben zich aan te passen aan de nieuwe levensomstandigheden, dat dan de wolken in vluchtte om te overleven.

Wolken zijn wellicht bewoonbaar

Half september 2020 zijn astronomische kringen in rep en roer. Op internet worden sociale media overspoeld met berichten over de nieuwe, baanbrekende ontdekking op Venus.

Het onderzoeksresultaat is al snel wereldnieuws, want Venus, dat 40 miljoen kilometer dichter bij de zon staat dan de aarde, lijkt geen voor de hand liggende plaats om naar sporen van leven te zoeken.

Als je op de bodem van Venus zou staan, zou je verbranden door de temperatuur van rond de 465 °C en worden samengeperst onder een druk die je hier op aarde vindt op bijna een kilometer diepte in zee.

De atmosfeer van Venus bestaat vooral uit CO2, stikstof en wolken met zwavelzuur. Maar in de hogere luchtlagen van de planeet worden de omstandigheden plotseling veel milder dan aan de oppervlakte – en kunnen ze misschien zelfs leven ondersteunen, zoals bacteriën.

20 °C is de temperatuur in het deel van de atmosfeer waarin mogelijk leven was.

In de dichte bewolking op 48-60 kilometer hoogte is er een potentieel bewoonbare zone, waar de temperatuur op 0-100 °C ligt.

En in een gebied daarvan dat de onderzoekers nader hebben bestudeerd, is het ongeveer 20 °C bij een druk van 1 bar – en dat lijkt erg op de omstandigheden hier op aarde.

Al in 1967 opperde de beroemde astronoom Carl Sagan dat microben in de atmosfeer van Venus zouden kunnen leven, ondanks de barre levensomstandigheden.

Leven laat sporen na in zonlicht

De wetenschappers richtten de James Clerk Maxwell-telescoop op Hawaï in de richting van Venus om de atmosfeer te onderzoeken. Als de zonnestralen door de gassen van de atmosfeer vallen, worden de golflengten van het licht geabsorbeerd door verschillende moleculen.

Zo laten de gasmoleculen hun ‘vingerafdruk’ achter. En zuurstof heeft bijvoorbeeld een andere vingerafdruk dan methaan of fosfine.

Door meerdere golflengten af te lezen zien de onderzoekers de aanwezigheid van verschillende moleculen als gaten in het zogeheten spectrum.

Toen Jane Greaves de eerste tekenen van fosfine ontwaarde in de data van de James Clerk Maxwell-telescoop, stond ze versteld, en daarna wilde ze de ontdekking alleen maar bevestigen.

De onderzoekers konden een andere telescoop gebruiken, de ALMA in Chili, die gevoeliger is. Ook de ALMA vond een dip bij een golflengte van precies 1,123 millimeter – de vingerafdruk van fosfine.

De wetenschappers berekenden dat er ongeveer 20 fosfinemoleculen op 1 miljard moleculen in de atmosfeer zijn– op aarde wordt de fosfineconcentratie zelfs geteld in biljoensten, ofwel 1000 miljardsten.

Recent onderzoek betwijfelt echter of het gehalte op Venus inderdaad zo hoog is, aangezien er een statistische onzekerheid is verbonden aan de berekeningen.

Het stinkende en giftige gas is volgens Jane Greaves de kwade neef van ammoniak. Ammoniak bestaat uit een stikstofatoom en drie waterstofatomen, en fosfine is net zo opgebouwd, maar met een fosforatoom in plaats van stikstof.

Hier op aarde kan fosfine industrieel worden vervaardigd, maar het wordt ook van nature door bacteriën in een zuurstofvrije omgeving gevormd.

Daarmee is fosfine dus een zogeheten biomarker, een teken van biologisch leven, en aangezien er geen fosfinefabrieken op Venus zijn, werd het de onderzoekers al snel duidelijk dat de ontdekking van het gas in de atmosfeer van Venus zeer interessant is.

Vulkaan Dallol in Ethiopië

Het landschap rond de vulkaan Dallol in Ethiopië is bedekt met zwavel. Hier leven bacteriën in water met circa 5 procent zuur – de zuurste omgeving op aarde waar leven is gevonden.

© A. Savin

Alleen leven brengt fosfine voort

De ontdekking van fosfine is geen direct en ondubbelzinnig bewijs dat het leven op Venus gedijt. Op aarde zijn er weliswaar zeer taaie bacteriën die kunnen leven in water met een zuurgehalte van 5 procent, maar het zwavelzuurgehalte in de bewolking van Venus zal zo’n 90 procent bedragen.

En het blijft de vraag of enige vorm van leven kan bestaan in zo’n bijtende omgeving. Hoe deze ongewoon geharde microben eruitzien, weten de onderzoekers ook nog niet.

Maar wetenschappers van het MIT zijn aan het onderzoeken of microben zouden kunnen overleven in de sterk zuurhoudende luchtlagen door zich te verbergen in kleine druppeltjes.

De onderzoekers denken ook te weten waarom de microben energie steken in de productie van fosfine. Mogelijk is het gas een restproduct van hun stofwisseling, maar het kan ook zijn dat de bacteriën het gebruiken als communicatiemiddel of als afweermechanisme tegen andere bacteriën.

Met telescopen op Hawaï en in Chili hebben astronomen het gas fosfine gevonden in de atmosfeer van Venus. Leven is volgens hen een van de waarschijnlijkste verklaringen.

Telescopen vinden leven op Venus
© Illustreret Videnskab/Lasse Lund-Andersen

Zonlicht passeert de atmosfeer van Venus

Als Venus, gezien vanaf de aarde, voor de zon langstrekt, valt een deel van het zonlicht door haar atmosfeer voordat het de aarde bereikt en met telescopen te zien is. Door de golflengten die aankomen te bestuderen, kan de samenstelling van Venus’ atmosfeer worden bepaald.

Telescopen vinden leven op Venus
© Illustreret Videnskab/Lasse Lund-Andersen

Moleculen absorberen het licht en weerkaatsen het

De moleculen in de atmosfeer absorberen licht op bepaalde golflengten, terwijl ze licht op andere golflengten afbuigen of reflecteren. Moleculen laten zo hun meetbare ‘vingerafdruk’ achter op het licht. En zuurstof heeft bijvoorbeeld een andere vingerafdruk dan fosfine (PH3).

Telescopen vinden leven op Venus
© Illustreret Videnskab/Lasse Lund-Andersen

Golflengten duiden op biologische marker

Metingen van de telescopen JCMT en ALMA laten een dip in de kracht van het zonlicht zien bij de golflengte 1,123 mm, wat erop duidt dat fosfine (PH3) een deel van het licht heeft geabsorbeerd. Er is zo veel van dit gas aanwezig dat er wel bijna leven aanwezig moet zijn geweest.

Het is hoe dan ook erg ingewikkeld om de aanwezigheid van fosfine op een planeet zonder leven te verklaren.

MIT-onderzoeker Clara Sousa-Silva en haar collega’s hebben onderzocht of natuurlijke, niet-biologische bronnen de oorzaak kunnen zijn.

De studie toonde aan dat bijvoorbeeld vulkanische activiteit, mineralen in de bodem van de planeet of bliksem in de atmosfeer bronnen van fosfinevorming op Venus kunnen zijn, maar geen daarvan kan het gas in zulke grote hoeveelheden produceren als de astronomen nu wellicht gemeten hebben.

Sousa-Silva’s onderzoek maakt duidelijk dat de ontdekking van het gas in een andere atmosfeer een sterke biomarker is, omdat andere bronnen dan leven waarschijnlijk kunnen worden uitgesloten.

En daarmee verschilt fosfine dus van andere biomarkers als zuurstof en methaan, die hier op aarde duidelijke tekenen van biologische activiteit zijn van fotosynthese en dieren.

Methaan en zuurstof kunnen beide zogeheten vals-positieven zijn in de atmosfeer van een andere planeet, omdat methaan bijvoorbeeld kan vrijkomen bij vulkanische activiteit, terwijl zuurstof afkomstig kan zijn uit een oceaan die in de loop der tijd is verdampt.

Leven kan gedijen in waterstof

De mogelijke ontdekking van fosfine doet de eeuwenoude vraag herrijzen of er behalve op aarde elders in het universum leven is – en misschien zelfs in ons eigen zonnestelsel.

De sonde Akatsuki

De sonde Akatsuki, die om Venus draait, vond donkere gebieden, waar micro-organismen mogelijk uv-licht absorberen.

© Claus Lunau

Wat atmosferen op andere planeten of exoplaneten betreft hebben onderzoekers de grenzen opgerekt van het soort milieus waar mogelijk leven kan gedijen.

Zo werden de gasplaneten in het zonnestelsel met hun waterstof- en heliumrijke atmosfeer nooit beschouwd als een mogelijke leefomgeving. Maar een onderzoeksteam van MIT toonde aan dat de E. coli-bacterie kan overleven in pure waterstof.

Zo’n omgeving verschilt radicaal van de atmosfeer van de aarde, die voornamelijk bestaat uit stikstof en zuurstof met slechts weinig waterstof.

De vlucht naar de wolken werd wellicht ingegeven door een gebrek aan andere overlevingskansen. Wetenschappers van onder meer het NASA Goddard Institute for Space Studies draaiden de tijd op Venus terug met computersimulaties van het klimaat.

Daaruit blijkt dat Venus ongeveer 2 miljard jaar geleden een mild klimaat met vloeibaar water aan de oppervlakte had.

Er waren dus mogelijk goede omstandigheden voor leven, lang voordat vulkaanuitbarstingen van een half miljard jaar geleden het broeikaseffect versnelden en leven onmogelijk maakten.

Daarom staan astronomen nu te popelen om een nieuw ruimtevaartuig naar Venus te sturen dat monsters in de atmosfeer kan nemen die ons voor eens en altijd kunnen vertellen of er echt bacteriën en dergelijke levensvormen in de atmosfeer zitten – of dat het fosfinegas ergens anders vandaan komt.

Sinds 2015 cirkelt het kleine Japanse ruimtevaartuigje Akatsuki van 320 kilo rond Venus om de atmosfeer te bestuderen. Zo fotograferen zijn vijf camera’s de wolken en bliksem bij ultraviolette en infrarode golflengten.

De Akatsuki heeft donkere plekken in de atmosfeer gevonden waar uv-licht wordt geabsorbeerd. De oorzaak hiervan is onbekend, maar mogelijk nemen microben in de atmosfeer het licht op.

De komende decennia gaan meerdere missies onderzoeken of het gloeiend hete Venus de eerste plaats buiten de aarde kan zijn waar leven te vinden is.

Zo gaat er een reeks onbemande sondes op weg, maar als het aan NASA ligt kunnen ook mensen de planeet in de toekomst bezoeken.

NASA werkt aan een concept genaamd HAVOC (High Altitude Venus Operational Concept), gebaseerd op een luchtschip van rond de 130 meter lang, dat op circa 50 kilometer hoogte in de atmosfeer zal zweven. Hier kunnen twee astronauten tot een maand achter elkaar in een module leven bij een normale atmosferische druk.

Bacteriën op aarde stijgen op

De missies kunnen hopelijk de onzekerheid rond de ontdekking van fosfine wegnemen. Zo twijfelen onderzoekers, onder meer van NASA, eraan of het vermeende fosfine niet gewoon zwaveldioxide is, waar de atmosfeer van Venus rijk aan is.

De komende tien jaar gaan nieuwe missies de atmosfeer en bodem van Venus onderzoeken. Zo kunnen we te weten komen of er leven is of heeft bestaan op de gloeiend hete planeet.

© NASA

2021: DAVINCI + duikt in Venus’ verleden

NASA heeft al ruim 25 jaar geen sonde naar Venus gestuurd, maar in 2021 is het weer zover. De DAVINCI + kan 63 minuten afdalen door de atmosfeer en onderweg het gehalte aan fosfine en andere stoffen meten. Net voor de landing moet hij foto’s van de bodem maken. Het doel is te achterhalen hoe Venus circa 700 miljoen jaar geleden van een gematigde planeet met vloeibaar water veranderde in een hete hel van 465 °C.

© NASA/JPL-Caltech

2026: VERITAS brengt de planeet met radar in kaart

Met een speciaal radarsysteem kan de NASA-sonde VERITAS door de bewolking van Venus heen kijken en de bodem in kaart brengen. Dit moet uitwijzen of Venus vloeibaar water heeft gekend in de vorm van oceanen en dus voldoet aan de voorwaarden voor leven. De sonde zal ook de chemische samenstelling van de bodem bepalen en het gravitatieveld van de planeet meten om te achterhalen hoe het binnenste is opgebouwd.

© VR2 Planets/ESA

2032: EnVision zoomt in op het oppervlak

In 2032 wil de Europese ruimtevaartorganisatie, ESA, een sonde naar Venus sturen. Vier jaar lang zal die rond de planeet draaien en inzoomen op de bodem, waar hij details tot op 1 centimeter grootte kan fotograferen. Dit geeft een zeer nauwkeurig beeld van de vulkanische activiteit en de inwerking van de atmosfeer op de bodem. Zo kunnen onderzoekers mogelijk bepalen of Venus ooit oceanen had.

Maar als de vondst wordt bevestigd, treedt de roodgloeiende tweeling van de aarde in één klap uit de schaduw van onze andere buur, Mars, in het onderzoek naar buitenaards leven.

Uit onderzoeken hier op aarde blijkt dat micro-organismen kunnen overleven op 38 kilometer hoogte, in de stratosfeer, maar waarschijnlijk slechts een paar dagen vanwege de sterke uv-straling.

Lager, in de atmosfeer, neemt de overlevingskans enorm toe, en volgens de onderzoekers kunnen bacteriën de atmosfeer gebruiken om zichzelf over de planeet te verplaatsen.

Aangezien de leefomstandigheden op de bodem hier heel goed zijn, hoeven ze niet zo lang in de wolken te blijven.

Maar eventueel leven op Venus wel, want veel duidt erop dat bacteriën zich in de afvalrace van de evolutie alleen hoog boven het oppervlak in veiligheid kunnen brengen.

Misschien zullen onderzoekers ooit het antwoord vinden op de vraag of het leven echt zo sterk en wilskrachtig is dat het heeft kunnen evolueren en overleven door zijn toevlucht te nemen tot de wolken op Venus.