Door Steijn van Schie - 11-04-2025 - Nieuws
Toen op aarde nog nauwelijks zuurstof voorhanden was, ontstonden er al bacteriën die zuurstof gebruikten voor hun stofwisseling.
Illustratie: Kaori Serakaki (OIST)
Toen op aarde nog nauwelijks zuurstof voorhanden was, ontstonden er al bacteriën die zuurstof gebruikten voor hun stofwisseling.
De eerste aerobe bacteriën ontstonden al voordat de oceanen en atmosfeer op aarde rijk waren aan zuurstof. Dat laatste gebeurde zo’n 2,4 miljard jaar geleden tijdens het zogeheten Great Oxidation Event – cyanobacteriën deden hun intrede en gingen massaal zuurstof produceren als bijproduct van fotosynthese. Hoewel dat een keerpunt was in de geschiedenis van de aarde, waren bacteriën hun tijd ver vooruit: grofweg 900 miljoen jaar daarvoor gebruikten sommige al zuurstof voor hun stofwisseling. Verreweg het meeste leven was toen nog anaeroob. Dat schrijft een internationale groep wetenschappers – onder wie evolutionair microbioloog Anja Spang van het Nederlands Instituut voor Onderzoek der Zee en de Universiteit van Amsterdam – op 4 april in Science.
Ze komen tot deze conclusie door de evolutionaire geschiedenis van bacteriële ademhaling te reconstrueren aan de hand van 1.007 genomen van uiteenlopende bacteriesoorten. Via genetische en fylogenetische analyses koppelen ze opkomst van zuurstofgebruik aan die cruciale gebeurtenis in de geschiedenis van de aarde: het Great Oxidation Event, oftewel de zuurstofcrisis, het moment waarop zuurstof in de atmosfeer begon toe te nemen. Op hun stamboom identificeren ze in totaal 84 overgangen van anaeroob naar aeroob, waarvan de meeste plaatsvonden ná de zuurstofcrisis. Via horizontale genoverdracht verwierven de bacteriën verschillende ademhalingsgenen en genen die zorgden voor zuurstoftolerantie. Desalniettemin komen de onderzoekers ook drie bacteriegroepen op het spoor die al 900 miljoen jaar vóór de zuurstofcrisis een aerobe stofwisseling wisten te vergaren.
Vermoedelijk gaat het om de voorouders van de fotosynthetiserende cyanobacteriën die de aardse atmosfeer voorgoed veranderden. Deze voorgangers konden blijkbaar al ruim drie miljard jaar geleden omgaan met kleine hoeveelheden zuurstof die lokaal werden geproduceerd, hoogstwaarschijnlijk in micro-ecosystemen in oceanen. Op dat moment was verreweg het grootste deel van het leven op aarde overigens nog anaeroob. Pas na de zuurstofcrisis ondergingen aerobe afstammingslijnen een snellere diversificatie dan hun anaerobe tegenhangers; de atmosferische oxygenatie had een enorme impact op de bacteriële evolutie..
Op hun stamboom identificeren ze in totaal 84 overgangen van anaeroob naar aeroob
Tot slot schatten de onderzoekers op basis van hun moleculaire klokanalyses dat de laatste gemeenschappelijke bacteriële voorouder leefde in het Hadeïcum of het vroegste Archeïcum, tussen de 4,4 en 3,9 miljard jaar geleden. De belangrijkste hedendaagse bacteriegroepen ontstonden daartegen pas veel later, tussen de 2,5 en 1,8 miljard jaar geleden. De biologen stellen dat hun methode ook kansen biedt om de evolutie van andere fenotypen te onderzoeken.
Tijdlijn van bacteriële evolutie en zuurstofadaptatie. Kleuren tonen de zuurstoftoestanden: anaëroob (blauw), aeroob (rood) en het aandeel aerobe afstammingslijnen in moderne bacteriële phyla (paarse tinten). Bron: Davín et al., 2025