Afbeelding in de hoofding: Black smokers met daarrond een ecosysteem dat geen zonlicht ontvangt (de foto is dus gemaakt met belichting door een duikboot). Bron: NOAA (via https://www.kids-fun-science.com/black-smokers.html)
De grote verrassing van 1977
In 1977 werd voor het eerst door mensen een ‘black smoker’ gezien in de buurt van de Galapagos eilanden. Dit is een soort bron van heet water ter hoogte van vulkanisch actieve zones in de diepzee. Het was in die tijd nog niet eens zo lang geleden dat wetenschappers begrepen dat er diep in de oceanen spreidingszones bestaan die constant nieuwe aardkorst vormen. Meer bepaald oceanische korst. Het was met de Alvin (DSV-2) dat in 1977 twee wetenschappers en de piloot voor het eerst afdaalden naar een dergelijke zone. Het werd een gigantische verrassing.
Op de vulkanisch actieve plekken vind je er een soort ‘schoorstenen’ die opgebouwd zijn uit mineralen die uit de aardmantel komen. Uit die structuren spuit heet water, tot 400°C. Dit water werd opgewarmd en verrijkt met talrijke mineralen doordat het in barsten en spleten in de zeebodem in contact komt met de spreidende nieuwe aardkorst. Wanneer het naar buiten spuit onder hoge druk, komt het in contact met de ijskoude zee, en gaan de eerder nog opgeloste mineralen snel neerslaan (uit oplossing gaan). Daardoor krijgt die stroom een zwarte kleur, voornamelijk veroorzaakt door ijzersulfiden. Het water rondom is koud, meestal rond 2°C. Maar dat kan zelfs lager zijn dan 0°C (tot -3°C), want onder zulke hoge druk kan het niet bevriezen tot ijs. Het zeewater is op die plek ook nog eens erg zout, en er is volledige afwezigheid van licht. Deze hydrothermale bronnen bevatten niet alleen veel ijzer, nikkel, zwavel, maar ook allerlei andere stoffen zoals de normale vulkanische gassen methaan en CO2, maar ook veel H2S (waterstofsulfide). Het water dat hier uit komt is trouwens erg zuur (pH 1 tot 5). Dus zuur, koud, zout, bijna geen zuurstof, giftig, en pikkedonker! je zou verwachten dat hier bijna niets kan leven, toch?
Maar een lege dode vlakte is totaal niet wat de eerste ontdekkers vonden! Integendeel. Er bleek een uitgebreid en rijk ecosysteem te leven rondom de black smokers. Niet alleen micro-organismen, maar allerlei dieren zoals garnalen, tweekleppigen, reuzekrabben, slakken, octopussen, gelede wormen, enzoverder. Al die dieren zijn uiteraard blind, en hebben zelfs geen ogen. Het is er namelijk volstrekt donker.
Leven op chemie
Laat ons even terug kijken naar het basisschema van metabolisme op Aarde. Daarop zien we dat de voeding van een ecosysteem afhangt van de primaire productie door het reduceren van koolstof uit CO2. Aan de oppervlakte wordt dit voornamelijk mogelijk door het gebruik van zonlicht (fotosynthese), maar hier op de donkere zeebodem moet het volledig van chemische energie komen.
De omgeving van de Black smokers zit dan ook vol met bacteriën en archeae die de mineralen gebruiken als elektron-donor en de CO2 als koolstofbron. Een deel hiervan doet dit met waterstofsulfide (H2S) dat erg giftig is voor het meeste leven op Aarde. Deze bacteriën en archaea vormen uitgebreide microbiële matten, waarop kleine dieren en andere micro-organismen kunnen grazen. Verder leven ze ook in de kieuwen en lichamen van heel wat plaatselijke dieren, in een soort symbiose, waarbij de H2S-bacteriën zelf dienen als direct voedssel voor de dieren. Het toppunt hiervan zijn de zogenaamde Reuzekokerwormen, in het Engels Giant Tube Worms. Het zijn een soort wormen tot 2 meter lang, die geen verwantschap hebben met andere wormen die op Aarde bekend zijn. Je vindt ze alleen rond de black smokers, en ze hebben geen mond of anus. De directe voeding door de interne H2S-bacteriën zorgt ervoor dat ze geen spijsverteringsstelsel nodig hebben.
Biologen waren dus zeer gelukkig met deze nieuwe ontdekking sinds eind jaren 1970. Een totaal nieuw soort ecosysteem bracht heel wat nieuwe biologische kennis op. Maar de ecosystemen rond de black smokers vormden niet een model voor het ontstaan van leven op Aarde. De black smokers zijn erg zuur, te warm aan de bron zelf, en de zogenaamde schoorstenen zijn niet erg stabiel. Ze storten telkens weer in, en de intense vulkanische activiteit zorgt ervoor dat ze snel verdwijnen en elders weer opnieuw ontstaan. Dit soort minder stabiele en zure omgeving is niet geschikt voor ontstaan van leven. En de huidige ecosystemen zijn ook niet representatief voor primitief leven van een jonge Aarde, want het zijn complexe organismen die bijvoorbeeld ook zuurstof gebruiken (ook al is die plek behoorlijk zuurstofarm).