Waterbeertjes zullen overleven tot onze zon stilvalt

Er is al veel aandacht besteed aan de catastrofale gevolgen van een astrofysische gebeurtenis - een botsing van een asteroïde of een andere gebeurtenis in de ruimte met gevolgen voor de aarde - voor de mens, maar niet aan wat er zou moeten gebeuren om de waterberen uit te roeien, en daarmee waarschijnlijk al het leven op aarde.

Onderzoekers van de universiteiten van Oxford en Harvard hebben dat nu bekeken en uit hun onderzoek blijkt dat het leven op de aarde zal blijven bestaan zo lang als de zon schijnt. Het onderzoek wijst ook uit dat eens het leven opduikt, het verbazingwekkend veerkrachtig is en moeilijk te vernietigen, wat ook implicaties heeft voor de mogelijkheid van leven op andere planeten.

Hypsibius dujardini, een van de waterbeer-soorten.

Waterberen, beerdiertjes of mosbeertjes zijn kleine diertjes - microdiertjes - die tussen 0,1 en 1,5 mm groot zijn. Hun wetenschappelijke naam, Tardigrada, betekent "trage stapper" en verwijst naar hun manier van voortbewegen. Ook de Nederlandse benamingen verwijzen daarnaar, ze zouden namelijk een "beerachtige" gang hebben.

Ze bestaan uit vijf segmenten, waarvan vier met een paar poten, die een soort klauwen hebben. Ondanks hun geringe grootte hebben ze onder meer ogen, een mond, een brein en een spijsverteringsstelsel. Aangezien verschillende soorten doorzichtig zijn, kan men overigens zelfs zien wat ze gegeten hebben. De meeste van de 1.150 bekende soorten voeden zich met plantencellen en algen, of met bacteriën, maar sommige soorten zijn echte vleeseters die kleine ongewervelden en ook kleinere waterberen eten. Sommige soorten zijn zelfs kannibalen. 

Een eigenaardigheid is dat alle exemplaren van een zelfde soort hetzelfde aantal cellen hebben. De jongen komen uit het ei met hun volledige pakket cellen, en ze groeien uit tot de volwassen grootte niet door meer cellen te creëren door celdeling, maar doordat hun individuele cellen groter worden. Sommige soorten kunnen wel 60 jaar oud worden.

Waterberen behoren zonder enige twijfel tot de taaiste, meest veerkrachtige en moeilijkst dood te krijgen soorten op aarde, en ze komen dan ook nagenoeg overal voor, van Antarctica tot de tropische wouden, en van het hooggebergte tot in de diepste troggen van de oceanen.

Ze verkiezen een vochtige omgeving, maar zolang er enig vocht is, kunnen ze actief blijven. Een makkelijke plaats om ze te vinden is in mossen en korstmossen, maar ze komen ook voor in duinen, stranden, in de grond, in sedimenten in zee en in zoet water, daar zitten er wel 25.000 per liter. Er zijn er al gevonden in warmwaterbronnen, in moddervulkanen, op de toppen van de Himalaya boven 6.000 meter, onder lagen solide ijs en in de oceanen op meer dan 4.000 meter diepte. En ook in stenen muren en daken zitten ze, en waarschijnlijk ook in de bloempotten op uw vensterbank. 

De oudste fossielen van waterberen dateren uit het Cambrium, de periode waarin het meercellig leven voor het eerst een ware explosie kent, en ze zijn 530 miljoen jaar oud. Dat betekent dat waterberen een van de weinige soorten zijn die de vijf massale uitstervingsgolven op aarde overleefd hebben. Ook van de zesde golf die volgens sommige paleontologen momenteel aan de gang is, lijken ze geen last te hebben.

Een van de doorzichtige waterbeersoorten.

Waterberen behoren tot de weinig soorten die hun stofwisseling kunnen vertragen en zelfs stilleggen als de omstandigheden ongunstig zijn, als het mos waarin ze leven bijvoorbeeld uitdroogt, maar ook als reactie op gifstoffen, straling of extreme temperaturen. In die cryptobiotische of schijndode staat lijken hun poten verdwenen te zijn, zodat ze op een tonnetje gelijken, en een waterbeer in die staat wordt een "tun" genoemd. Veel soorten kunnen wel vijf jaar overleven in de schijndode staat, sommige soorten zelfs 30 jaar. 

Onder meer dankzij die schijndode staat zijn waterberen in staat om te overleven in omstandigheden die bijna elk ander dier fataal zouden worden. Zo kunnen ze enkele minuten temperaturen van 150 graden verdragen, 30 jaar bij -20 overleven, enkele dagen bij -200 graden en enkele minuten bij -272, slechts een graad boven het absolute nulpunt.

Waterberen kunnen ook extreme druk aan: de extreem lage druk van een vacuüm kunnen ze aan, en ook een druk van 1.200 keer de atmosferische druk deert hen niet. Waterberen kunnen wel tien dagen overleven in het vacuüm van de ruimte en sommige soorten kunnen een druk aan van 6.000 atmosfeer, zes keer de druk van het water in de Marianentrog, de diepste plek in de oceanen.

Uitdroging deert waterberen evenmin. In een uitgedroogde staat kunnen ze wel 10 jaar overleven, en als ze blootgesteld worden aan extreem lage temperaturen, daalt het watergehalte in hun lichaam van 85 procent naar slechts 3 procent. Aangezien water uitzet als het bevriest, zorgt de uitdroging er voor dat de waterberen niet uit elkaar gescheurd worden door het bevriezende water. Een aantal soorten waterberen gebruikt de suiker trehalose om de effecten van uitdroging tegen te gaan. Aangenomen wordt dat trehalose de proteïnen en membranen in de cel beschermt door er verbindingen mee aan te gaan of een beschermend laagje over te leggen.

Ze kunnen ook erg hoge dosissen straling verdragen, zowel ioniserende straling van radioactief materiaal, als ultraviolette straling. Waterbeertjes verdragen zo'n 1.000 keer meer straling dan andere dieren: een dodelijke dosis bij hen is 5.000 tot 6.200 Gray, voor een mens kan 5 tot 10 Gray al fataal zijn. Ook hun eieren kunnen goed tegen straling, vooral als ze bijna gaan uitkomen, en waterberen kunnen blijkbaar efficiënt de schade aan hun DNA herstellen die het gevolg is van de straling.

Ook gifstoffen in hun omgeving kunnen ze blijkbaar wel aan, dan gaan ze in hun schijndode staat.

Waterberen zijn ook het eerste dier waarvan vastgesteld is dat het kan overleven in de ruimte. In september 2007 zijn een aantal uitgedroogde waterberen de ruimte in geschoten in een soort kooitje met de FOTON-M3-missie. Gedurende 10 dagen werden ze blootgesteld aan het vacuüm van de ruimte of aan het vacuüm en de UV-straling van de zon, die in de ruimte wel 1.000 keer sterker is dan op aarde.

Op aarde werden ze dan opnieuw gehydrateerd, en 68 procent van de waterberen die niet blootgesteld waren aan de UV-straling, kwam opnieuw tot leven. Daarna stierven er evenwel nog veel, maar ze hadden wel nog levensvatbare embryo's. De UV-straling richtte meer schade aan: slechts drie Milnesium tardigradum overleefden de combinatie van het vacuüm en de straling van de zon.

Uit een later experiment aan boord van het ISS bleek dat de verminderde zwaartekracht en de kosmische straling in het ruimtestation geen invloed hadden op de overleving van de waterberen. 

De waterbeer Ramazottius varieomatus.

De wetenschappers van de universiteiten van Oxford en Harvard onderzochten drie astrofysische scenario's die mogelijk een bedreiging zouden kunnen vormen voor het voortbestaan van de waterberen: de inslag van een grote asteroïde en de impact van een ontploffende ster in de vorm van een supernova of een uitbarsting van gammastralen.

Er zijn slechts een dozijn asteroïden en dwergplaneten bekend waarvan de massa groot genoeg is om de oceanen op aarde bij een inslag te laten koken. Daarvoor is een massa van 2x10 tot de 18e macht kilogram nodig, en bijvoorbeeld Vesta, met een massa van 2x10 tot de 20e kg, en Pluto (10 tot de 22e kg) zijn dus groot genoeg. Maar geen van deze asteroïden en dwergplaneten doorsnijden de baan van de aarde, en dus vormen ze geen gevaar voor de waterberen. De inslag van een kleinere asteroïde, zoals degene die het einde van de dinosaurussen en 75 procent van alle planten- en diersoorten betekende 66 miljoen jaar geleden, hebben de waterberen toen al  overleefd, en hoogstwaarschijnlijk kunnen ze dat nog wel eens.

Om de oceanen op aarde te laten koken zou een supernova, een ontploffende zware ster, 0,14 lichtjaar ver of dichter moeten plaatsvinden. De ster die het dichtst bij de zon staat, staat vier lichtjaar ver, en de waarschijnlijkheid dat een massieve ster dicht genoeg bij de aarde explodeert om alle leven op onze planeet uit te roeien, is dan ook verwaarloosbaar.

Uitbarstingen van gammastralen zijn helderder en zeldzamer dan supernova's, maar net als supernova's gebeuren ze te ver weg om een bedreiging te kunnen vormen. Om de oceanen te laten koken, zou de uitbarsting op een afstand van minder dan 40 lichtjaar moeten plaatsvinden, en de kans dat dat inderdaad gebeurt, is miniem.

En dus hebben de waterberen een goede kans om voort te blijven bestaan tot de kernfusie in de zon stil valt. Dat zal gebeuren binnen 5,4 miljard jaar, en de zon zal dan een rode reus worden, een veel grotere ster dan ze nu is, met een veel dichtere kern. Volgens de laatste onderzoeken zal de zon de aarde dan naar zich toe trekken door het getijde-effect, en de aarde opslokken, maar zelfs als dat niet gebeurt zal de grote zon de aarde volledig onbewoonbaar maken. Maar voorlopig, en nog voor een heel lange tijd, lijkt het er dus op dat de waterberen rustig en traag hun gangetje zullen kunnen blijven gaan.

Het oppervlak van de "waterwereld" Enceladus, een maan van Saturnus, en pluimen materie die er aan ontsnappen. 

Uit de studie is duidelijk gebleken hoe taai het leven wel is, en dat heeft implicaties voor de zoektocht naar leven elders in het heelal, zowel in ons zonnestelsel, als er buiten.Volgens de onderzoekers zouden waterberen, of een soort die even taai is, op Mars kunnen overleven, en op Europa en Enceladus, manen van respectievelijk Jupiter en Saturnus.

"Waterberen komen het dichtst bij de onvernietigbaarheid als op aarde maar mogelijk is, maar het is mogelijk dat er andere zeer taaie soorten zijn elders in het universum", zei mede-auteur doctor Rafael Alves Batista van de universiteit van Oxford aan de site Phys.org. "In dit verband zijn er dan ook goede argumenten om naar leven te zoeken op Mars, en in andere delen van het zonnestelsel. Als waterberen de taaiste soort op aarde zijn, wie weet wat er daar buiten nog is."

"Het is moeilijk om alle vormen van leven te elimineren van een bewoonbare planeet", zei professor Abraham Loeb, een van de auteurs van de studie en het hoofd van de afdeling Astronomie aan de Harvard University. "De geschiedenis van Mars toont aan dat die planeet ooit een atmosfeer had, die leven mogelijk zou hebben kunnen maken, zij het onder extreme omstandigheden. Organismen met een gelijkaardige tolerantie voor straling en extreme temperaturen als de waterberen, zouden op lange termijn kunnen overleven onder het oppervlak van Mars in deze omstandigheden."

"In de oceanen waarvan we aannemen dat ze bestaan onder het oppervlak van Europa en Enceladus, zouden de omstandigheden gelijkaardig zijn aan die in de diepten van de oceanen op aarde, waar waterberen gevonden worden, en waarbij vulkanische bronnen hitte leveren in een omgeving zonder licht", zo zei hij.

De studie van David Sloan, Rafael Alves Batista en Abraham Loeb over de waterberen is verschenen in Scientific Reports.