Menu
De vroegste tekenen van leven op een jonge aarde, zo’n 3,5 miljard jaar geleden, zijn over het algemeen afkomstig uit de oceaan in de vorm van gefossiliseerde microben in oud gesteente. Wetenschappers die in de Barberton Greenstone Belt in Zuid-Afrika werken – waar enkele van de oudste gesteenten op aarde bewaard zijn gebleven – hebben nu bewijs gevonden van microbieel leven op aarde dat zij ongeveer 3,22 miljard jaar oud schatten. De resultaten, vandaag (23 juli) gepubliceerd in Nature Geosciences, zijn de oudste tekenen van op land gebaseerd leven op onze planeet die tot nu toe zijn ontdekt
“Dit werk vertegenwoordigt het oudste en minst dubbelzinnige werk dat we tot nu toe hebben dat er al 3,2 miljard jaar geleden leven op het land bestond,” schrijft Kurt Konhauser, een professor in de aard- en atmosfeerwetenschappen aan de Universiteit van Alberta in Canada die ook niet bij het werk betrokken was, in een e-mail aan The Scientist.
Onderzoekers hebben meer fossiele bewijzen gevonden van het vroegste microbiële leven in ondiepe, mariene afzettingen, die de dominante theorie ondersteunen dat vóór 3 miljard jaar geleden het grootste deel van de Aarde bestond uit oceanen afgewisseld met vulkanische eilanden. Bewijzen voor leven op het land zijn tot dusver moeilijker te vinden. Een deel van de reden daarvoor is dat oude zeegesteenten beter bewaard lijken te zijn gebleven dan sedimenten op het land. Een ander probleem is volgens Martin Homann, een postdoc aan het Europees Instituut voor Mariene Studies (IUEM) in Brest, Frankrijk, dat zeer oude terrestrische sedimenten ook moeilijk te onderscheiden zijn van mariene sedimenten, omdat zogenaamde indexfossielen – die helpen bij het bepalen van de omgeving en het dateren van gesteenten – niet bestaan uit deze vroege periode van de geschiedenis van de aarde.
Volgens de auteurs van de studie waren de oudste zichtbare gefossiliseerde resten van microben op het land ongeveer 2,7 miljard jaar oud, gevonden op een andere plaats in de Barberton Greenstone Belt in Zuid-Afrika en ook in Australië. In een vorig jaar gepubliceerde studie analyseerden onderzoekers gesteenten uit wat zij interpreteerden als warmwaterbronnen in de Pilbara-regio van West-Australië. Hoewel die studie volgens Konhauser suggereert dat sommige 3,5 miljard jaar oude vulkanen zich op het land kunnen hebben bevonden, is de huidige studie definitief omdat zij aantoont dat er 3,2 miljard jaar geleden een grote blootstelling was aan continentale korst op het aardoppervlak.
Voor de huidige studie richtten Homann en zijn collega’s zich op oude sedimentgesteenten, bekend als de Moodies Group, in de Barberton Greenstone Belt waarvan geologen eerder hadden aangetoond dat ze ongeveer 3.22 miljard jaar oud zijn. Daar ontdekte het team zogenaamde gefossiliseerde microbiële matten, die hoofdzakelijk bestaan uit de afdrukken van bacteriën en archaea en die tot de vroegst bewaarde levensvormen behoren. Toen zij op de vroege aarde leefden, raakten deze matten van microbiële gemeenschappen onderling verbonden en samengepakt met sedimentair gesteente dat bestaat uit afgeronde stenen van verschillende grootte en dat door geologen een conglomeraat wordt genoemd.
Het team analyseerde en beschreef eerst in detail de posities van de stenen en vergeleek deze met de huidige rotsformaties om te begrijpen hoe ze bewogen, gevormd en bewaard werden. De onderzoekers concludeerden dat de matvormende microben inheems waren in het gastgesteente en deel uitmaakten van wat eens een oude rivierdelta was.
“Dit zijn goede gegevens die inderdaad aantonen dat deze gefossiliseerde, microbiële matten afkomstig zijn uit een terrestrische omgeving,” zegt Dominic Papineau, die de oorsprong en evolutie van het leven bestudeert aan het London Centre for Nanotechnology van het University College London en die niet bij de studie betrokken was.
De onderzoekers analyseerden vervolgens zowel de organische koolstof- als de stikstofisotopen in deze gefossiliseerde terrestrische microbiële matten en vergeleken de profielen met isotopen die uit nabijgelegen gefossiliseerde mariene microbiële matten waren geëxtraheerd. Zowel de koolstof- als de stikstofisotopenwaarden van de terrestrische en mariene monsters waren uniek van elkaar, hetgeen suggereert dat er verschillen waren in het metabolisme van microben in de oceaan vergeleken met die op het land.
“Al bij 3,2 miljard jaar geleden zien we bewijs voor verschillen in matvormende microbiële gemeenschappen, wat suggereert dat sommige waarschijnlijk beter waren aangepast aan het leven in de oceaan dan op het land,” zegt Homann.
Een belangrijke vraag voor wetenschappers is of er op de vroege aarde misschien al plaatselijk vrije zuurstof aanwezig was in een atmosfeer waarin die over het algemeen ontbrak. De meeste moderne microbiële matten bestaan uit cyanobacteriën, die zuurstof produceren als bijprodukt van hun metabolisme (oxygenische fotosynthese), en die verantwoordelijk zouden zijn geweest voor de ophoping van zuurstof in de atmosfeer van de aarde. “De gegevens hier kunnen niet onderscheiden of deze micro-organismen zuurstof produceerden door hun fotosynthese of zuurstofloze fotosynthese deden,” zegt Papineau.
De stikstofisotopenwaarden, die de verhouding weergeven tussen het meest overvloedige stikstof-14 en het meer zeldzame en zwaardere stikstof-15, van de landmicrobiële matten waren positiever in vergelijking met de mariene monsters. Dit suggereerde volgens Homann en zijn collega’s dat het land 3,2 miljard jaar geleden atmosferisch nitraat bevatte. Een andere manier waarop deze positieve stikstofwaarden tot stand zouden kunnen zijn gekomen, zou zijn dat er 3,22 miljard jaar geleden atmosferische zuurstof was, wat volgens de auteurs van de studie minder waarschijnlijk is, omdat dit zou impliceren dat er al zuurstofproducerende cyanobacteriën bestonden, waarvoor momenteel niet genoeg bewijs bestaat.
Voor Konhauser zou het interessant zijn om dieper te graven naar de bron van het nitraat in de monsters en of het inderdaad uit de atmosfeer zou kunnen zijn gekomen of via de generatie van zuurstof door de oude fotosynthetische bacteriën. “De structuren en de isotopische samenstelling van de microbiële matten lijken zeker te wijzen op de aanwezigheid van fotosynthetische microben die al op het land bestonden,” schrijft Konhauser. Als het nitraat inderdaad werd gevormd door de microben in de matten, voegt hij eraan toe, dan waren er misschien al zuurstofproducerende cyanobacteriën in dit vroege stadium van de geschiedenis van de aarde.
M. Homann e.a., “Microbial life and biogeochemical cycling on land 3.220 million years ago,” Nature Geosciences, doi.org/10.1038/s41561-018-0190-9, 2018.
Correctie (23 juli): De schatting van leven op land is 500 miljoen jaar eerder dan eerder aangetoond, niet 500.000 miljoen jaar. The Scientist betreurt de fout.
Correctie (25 juli): Het woord in de tweede alinea is “ambiguous,” niet “unambiguous.” The Scientist betreurt de fout.