Meer dan twee miljard jaar geleden, voordat de atmosfeer van de aarde rijk was aan zuurstof, hebben bepaalde microben mogelijk al gebruik gemaakt van zijn kracht. Een nieuwe genetische studie suggereert dat Asgard archaea – de nauwste microbiële verwanten van planten en dieren – over de moleculaire hulpmiddelen beschikte om met zuurstof te kunnen gedijen, wat mogelijk ons begrip van hoe complex leven ontstond, zou kunnen hervormen.
De puzzel van de evolutie van het vroege leven
Tientallen jaren lang hebben wetenschappers getheoretiseerd dat complexe cellen (eukaryoten) ontstonden toen een oude microbe samensmolt met een bacterie. Deze unie leidde uiteindelijk tot organismen variërend van bomen tot mensen. Er bleef echter een belangrijke vraag: hoe kwam deze fusie tot stand in een zuurstofarme omgeving? De bacterie die de energieproducerende mitochondriën in eukaryotische cellen werd, heeft zuurstof nodig om te overleven. Als het gastarcheon geen zuurstof kon verdragen, zou de fusie onwaarschijnlijk zijn geweest.
Dit nieuwe onderzoek, gepubliceerd in Nature op 18 februari, suggereert dat de archaeale gastheer, met name Asgard archaea, mogelijk zuurstoftoleranter was dan eerder werd aangenomen.
Waar het bewijs vandaan komt
Onderzoekers analyseerden enorme hoeveelheden genetische gegevens verzameld uit oceaansedimenten en zeewater, in totaal ongeveer 15 terabytes. Ze reconstrueerden meer dan 13.000 microbiële genomen en identificeerden er honderden die verband hielden met Asgard archaea. Het team bemonsterde omgevingen van 30 meter diep in de Bohai Zee tot 2.000 meter diep in het Guaymas Basin – beide gebieden vol met microbieel leven.
De belangrijkste bevinding? Asgard archaea, nauw verwant aan eukaryoten, werd aangetroffen in zuurstofrijke omgevingen zoals kustsedimenten en open water. Deze microben beschikten over metabolische routes die actief zuurstof gebruikten.
Zuurstofverwerkingsmachines bevestigd
Met behulp van AI-tools zoals AlphaFold2 om eiwitstructuren te voorspellen, ontdekten de onderzoekers dat bepaalde Asgard-lijnen, met name Heimdallarchaeia, genen dragen voor aërobe ademhaling – het proces dat organismen gebruiken om energie uit voedsel te halen met behulp van zuurstof. Ze vonden ook enzymen die giftige bijproducten van het zuurstofmetabolisme neutraliseren. Dit suggereert dat de archaeale voorouder van complexe cellen niet noodzakelijkerwijs beperkt was tot zuurstofvrije omstandigheden.
“Zuurstof verscheen in de omgeving en Asgards paste zich daaraan aan”, zegt co-auteur Brett Baker. “Ze vonden een energetisch voordeel bij het gebruik van zuurstof, en vervolgens evolueerden ze naar eukaryoten.”
Waarom dit belangrijk is
Deze ontdekking gaat niet alleen over het herschrijven van schoolboeken. Het overbrugt een al lang bestaande kloof in het begrijpen van de oorsprong van complex leven. Als de archaea-gastheer zuurstof zou kunnen verwerken, wordt de fusie met de zuurstofafhankelijke bacterie plausibeler. De implicatie is dat het vroege leven niet noodzakelijkerwijs werd beperkt door de afwezigheid van zuurstof; het aangepast aan zijn aanwezigheid, waardoor de weg werd vrijgemaakt voor de evolutie van meer geavanceerde organismen.
Het onderzoek benadrukt ook het belang van diepgaande genomische onderzoeken bij het blootleggen van verborgen evolutionaire geschiedenissen. Asgard archaea, genoemd naar de thuisbasis van de Noorse goden, werd voor het eerst geïdentificeerd in 2015. Deze bevindingen onderstrepen hoeveel er nog onbekend is over de microbiële wereld en haar rol in het vormgeven van het leven op aarde.
