Oude energiebronnen: microbiologen ontcijferen het leven in het verleden

Oude energiebronnen: microbiologen ontcijferen het leven in het verleden

Een interdisciplinair team van microbiologen en geologen heeft aanzienlijke vooruitgang geboekt bij het bestuderen van de vroegste levensvormen op aarde. In een nieuw gepubliceerd artikel in het tijdschrift Nature Ecology & Evolution documenteren de wetenschappers hun laboratoriumexperimenten die de omstandigheden simuleerden die ongeveer vier miljard jaar geleden op aarde bestonden. De focus van het onderzoek lag op ‘zwarte rokers’ – hydrothermale bronnen die in de diepten van de oceanen voorkomen. Deze omgeving heeft mogelijk een cruciale rol gespeeld bij het ontstaan ​​van leven, omdat het unieke chemische processen herbergt.

In de experimenten creëerden de onderzoekers zogenaamde ‘chemische tuinen’ die miniatuurversies van de zwarte rokers vertegenwoordigen. Deze kunstmatige structuren maken het mogelijk om chemische reacties na te bootsen die plaatsvinden in de diepzee, met name de reactie tussen ijzer en zwavel die leidt tot de vorming van ijzersulfidemineralen. Hierbij ontstaat waterstofgas (H2), een potentiële energiebron voor micro-organismen. Deze waterstofproductie kan belangrijk zijn geweest om microben te ondersteunen die het nodig hebben om methaan te produceren.

Groei van archaea in gesimuleerde omgevingen

Een centrale zorg van het onderzoek was om te begrijpen of het waterstofgas dat in het laboratorium wordt geproduceerd voldoende is om de groei van methanogene archaea mogelijk te maken. Deze bijzondere microben zijn in staat methaan te produceren, wat aanwijzingen geeft voor de vroegste levensvormen. Het team testte de groei van de methanogene archaea onder zuurstofvrije omstandigheden in de Chemical Gardens.

Methanocaldococcus jannaschii werd gekozen als modelorganisme voor de experimenten. De resultaten waren onthullend: de archaea vertoonden exponentiële groei en brachten genen tot overexpressie die verantwoordelijk zijn voor het acetyl-CoA-metabolisme. Dit vermogen van microben om waterstofgas als energiebron te gebruiken toont het aanpassingsvermogen van vroege levensvormen aan extreme omgevingen aan.

Betekenis van de resultaten voor het begrijpen van de vroege aarde

Uit het onderzoek blijkt dat de cellen dicht bij mackinawietdeeltjes bleven, wat consistent is met geologische bevindingen uit oude hydrothermale bronnen. Deze ontdekking suggereert dat chemische reacties die plaatsvinden tijdens de precipitatie van ijzersulfidemineralen voldoende energie genereerden om de eerste cellen te laten overleven. De auteurs van de studie beweren dat deze vorm van waterstofmethanogenese mogelijk de evolutionair oudste bekende methode voor het produceren van energie is.

Door experimentele resultaten en geologisch bewijs te combineren draagt ​​dit onderzoek bij aan het algemene begrip van de opkomst van leven op aarde. De bevindingen zouden ook de basis kunnen vormen voor toekomstig onderzoek naar het leven in extreme omgevingen op andere hemellichamen. Meer informatie over de achtergrond en details van dit onderzoek vindt u op de website van Universiteit van Regensburg, IMW Mainz En Natuur.com vinden.