In oeroude bacteriën is een aanwijzing gevonden over de oorsprong van het leven op aarde

De oorsprong van het leven op aarde is nog steeds in mysterie gehuld, maar wetenschappers hebben een nieuwe stap gezet richting begrijpen hoe en wanneer complexe organismen op onze planeet zijn ontstaan. 

Wetenschappers hebben het oudste directe bewijs gevonden voor zuurstofrijke, fotosynthetische structuren – structuren die zonlicht, water en koolstofdioxide kunnen omzetten in energie en zuurstof – in gefossiliseerde bacteriën uit Australië en Canada. De fossielen zijn 1,75 miljard jaar oud, waardoor de onbetwiste oorsprong van fotosynthese zoals wij die kennen met ten minste 1,2 miljard jaar terug in de tijd wordt geduwd. Dit essentiële proces heeft het leven vooruit geholpen door de atmosfeer vol zuurstof te pompen. 

De huidige wetenschappelijke interpretatie is dat fotosynthese zo’n 3,5 miljard jaar geleden is ontstaan, maar dat het een primitieve vorm was zie geen zuurstof produceerde (anoxygene fotosynthese). Tegenwoordig produceren vrijwel alle algen, bacteriën en planten die fotosynthese doen zuurstof. Maar het is onduidelijk wanneer die overgang voor het eerst plaatsvond. 

Wetenschappers denken dat blauwalgen een paar van de eerste organismen waren die zuurstofrijke fotosynthese deden, met gebruik van structuren in hun lichaam die thylakoïde membranen heten – dikke lagen proteïne en vet waarin fotosynthese plaatsvindt. En toen ze dat deden, hielpen ze de atmosfeer van de aarde vol te pompen met het gas – iets wat nu het Great Oxygenation Event (in het Nederlands: de zuurstofcrisis) wordt genoemd. 

“De zuurstofproductie van de blauwalgen leidde tot een opstapeling van zuurstof, en zorgde voor diepgaande veranderingen in de chemie van de aardse oceanen en atmosfeer, en de evolutie van de biosfeer, waaronder complexe levensvormen,” vertelt medeauteur Emmanuelle Javaux van de Universiteit Luik in een e-mail aan Motherboard. 

Deze blauwalgen worden later ook de voornaamste zonlichtfabrieken, oftewel chloroplasten, die we tegenwoordig in organismen zien. “Het mechanisme van fotosynthese binnen blauwalgen is erg geavanceerd,” zegt Robert Blankenship, professor emeritus van Washington University in St. Louis, die de oorsprong en evolutie van fotosynthese heeft bestudeerd, maar niet betrokken was bij dit onderzoek. “Het is opmerkelijk dat het bijna hetzelfde is als wat er vandaag de dag met planten aan de hand is. Dat proces is, in zekere zin, al heel lang geleden geperfectioneerd,” vertelt Blankenship aan Motherboard. 

Wetenschappers hebben in het verleden thylakoïde membranen geïdentificeerd in fossielen van 150 tot 550 miljoen jaar oud. Er is ook ouder, indirect bewijs voor zuurstofproducerende fotosynthese uit genetisch en chemisch onderzoek. 

In dit nieuwste onderzoek, dat in Nature gepubliceerd werd, hebben onderzoekers het oudste directe bewijs, oftewel thylakoïde membranen, gevonden in fossielen uit de McDermott Formation in Australië, die zo’n 1,75 miljard jaar oud zijn, evenals anderen uit de Grassy Bay Formation in Canada (ongeveer een miljard jaar oud).

Het is een enorme tijdsprong, maar geen verrassing, zegt Blankenship, aangezien er maar heel weinig gefossiliseerde bacteriën zijn. “Het is een probleem dat het erg moeilijk is om de fossielen te conserveren en dat er ook niet veel van zijn,” zegt hij.

Die moeilijkheid komt neer op een paar factoren. Ten eerste blijven zachte organismen zoals bacteriën – die geen harde onderdelen zoals mineralen of botten hebben – niet erg makkelijk in het fossielenbestand achter. Ten tweede zijn de fossielen piepklein – minder dan een millimeter in omvang – en zijn de structuren binnenin de fossielen nog kleiner, dus ze zijn moeilijk te vinden tussen de lagen samengedrukt sediment. Bovendien kunnen het sediment en de stenen, die gedurende miljoenen jaren worden samengedrukt, ook nog eens de structuren kapotmaken waar de onderzoekers juist naar op zoek zijn. Dit is misschien het geval geweest bij andere fossielen die Javaux en haar team hebben geanalyseerd uit de Democratische Republiek Congo, waarbij geen thylakoïden werden gevonden. 

De structuren die ze wel hebben gevonden zijn ongeveer zo lang als een mensenhaar breed is, en konden alleen worden bekeken door de bacteriën in hars te plaatsen, ze in flinterdunne schijfjes te snijden, en ze dan met een elektronenmicroscoop te bekijken. 

De ontdekking is volgens Javaux significant omdat het wetenschappers helpt begrijpen hoe complex leven op aarde is geëvolueerd. Blankenship gaat nog verder en zegt dat we door te begrijpen hoe fotosynthese hier is ontstaan, ook beter in staat zijn om bewijs te zoeken voor dit levengevende en wereldveranderende proces op andere planeten. Hij werkte bijvoorbeeld samen met NASA om te theoretiseren over hoe fotosynthese er zou kunnen uitzien op planeten waarvan de sterren een andere golflengte van licht afgeven dan onze eigen zon.

Maar er zijn nog steeds veel vragen, waaronder een belangrijke vraag over of zuurstofproducerende fotosynthese voor, na of tegelijkertijd met de zuurstofcrisis is geëvolueerd. Het zou kunnen zijn dat het al daarvoor was geëvolueerd en dat het een tijd duurde voordat er zuurstof werd opgebouwd, legt Blankenship uit. Verdere gedetailleerde analyse van oudere microfossielen, zoals ze in dit onderzoek hebben gedaan, zou meer antwoorden kunnen bieden, zegt Javaux. 

Dit artikel verscheen oorspronkelijk op VICE UK.

Volg VICE België en VICE Nederland ook op Instagram.