De structuur en chemie van de filamenten wijzen erop dat het oude cellen kunnen zijn
Draadachtige filamenten geperst in steen kunnen de overblijfselen zijn van archaea die 3,42 miljard jaar geleden methaan liet boeren in de buurt van hydrothermale bronnen. Als dat zo is, zouden deze strengen in gesteente die ongeveer tien jaar geleden in Zuid-Afrika zijn opgegraven, het vroegste directe bewijs zijn van een op methaan gebaseerd metabolisme, rapporteren onderzoekers op 14 juli in Vooruitgang in de wetenschap.
Dergelijke oude fossiele filamenten kunnen aanwijzingen bevatten over de vroege bewoners van de aarde en wijzen op waar te zoeken naar buitenaards leven. Wetenschappers vermoeden dat het leven op onze planeet in zo’n omgeving zou kunnen zijn ontstaan (SN: 24-9/20).
Biologen hebben afgeleid dat metabolisme op basis van het kauwen of boeren van methaan al vroeg is geëvolueerd, maar ze weten niet precies wanneer, zegt Barbara Cavalazzi, een geobioloog aan de Universiteit van Bologna in Italië. Eerder onderzoek heeft indirect bewijs gevonden voor methaancyclische microben in de chemie van met vloeistof gevulde holtes van oude rotsen van ongeveer 3,5 miljard jaar geleden. Maar dat werk vond de eigenlijke microben niet. Met deze fossielenanalyse is “wat we vinden in feite bewijs van ongeveer dezelfde leeftijd. Maar dit is een cellulair overblijfsel – het is het organisme’, zegt Cavalazzi.
De nieuw geïdentificeerde fossiele draden hebben een op koolstof gebaseerde schaal. Die schaal is structureel anders dan het geconserveerde interieur, wat suggereert dat een celenvelop de binnenkant van de cellen omsluit, schrijven de auteurs. En het team vond relatief hoge nikkelconcentraties in de filamenten. De concentraties waren vergelijkbaar met niveaus gevonden in moderne methaanmakers, wat suggereert dat het metaal van de fossielen afkomstig kan zijn van nikkelbevattende enzymen in de microben.
“Ze kunnen deze vroege micro-organismen een specifieke metabolische levensstijl toeschrijven”, zegt Dominic Papineau, een precambrische biogeochemicus aan het University College London, die geen deel uitmaakte van het onderzoek en het “briljant werk” noemt.
Toch heeft de zoektocht naar vroege levensvormen veel valse tekenen gehad (SN: 2/9/21), en sommige onderzoekers zijn er niet van overtuigd dat deze fossielen echt zijn. In hydrothermale omgevingen die rijk zijn aan silica, vermengen de ingrediënten voor structuren die cellen nabootsen zich met elkaar en kunnen ze door chemie op elkaar lijken, zegt Julie Cosmidis, een geobioloog aan de Universiteit van Oxford. “Ze fossiliseren beter dan echte cellen, dus ik denk dat het heel goed zou kunnen zijn wat die dingen zijn”, zegt ze, erop wijzend dat nikkel, dat veel voorkomt in de vroege aarde, zich gemakkelijk vastklampt aan organische materie, of het nu levend is of niet. “We begrijpen niet genoeg” [about] de processen die valse biosignaturen kunnen creëren”, zegt Cosmidis, wiens laboratorium dergelijke vragen bestudeert.
Maar Cavalazzi en haar collega’s beweren dat de verschillende bewijslijnen samen de levende oorsprong van de microfossielen ondersteunen. Papineau merkt ook op dat “het bewijs zeer goed is”, maar voegt eraan toe dat het “niet per se ijzersterk” is. Andere tests zouden de argumenten voor de vroegste methaangebruikende microben kunnen versterken, zegt hij.
Als de strengen oude archaea zijn, zouden ze het vroegste fossiele bewijs voor dit domein van het leven worden, daterend van vóór exemplaren van minder dan 500 miljoen jaar geleden. En als dergelijke microben zich zo snel op aarde hebben ontwikkeld, binnen ongeveer 1 miljard jaar na de oorsprong van de planeet, kunnen methaancyclers vaker voorkomen dan op andere planeten waar vloeibaar water al een tijdje bestaat, zegt Papineau.
Dit fossiel komt uit een tijd dat het planetaire ecosysteem van de aarde er waarschijnlijk heel anders uitzag dan nu, zegt Boris Sauterey, een paleo-ecoloog aan de Universiteit van Arizona in Tempe, die niet betrokken was bij dit onderzoek. Destijds deelde de aarde hoogstwaarschijnlijk overeenkomsten met enkele van de buitenaardse werelden die we tegenwoordig als potentieel bewoonbaar zouden beschouwen, zegt hij.
Onderzoekers die op zoek waren naar tekenen van vroeg leven op aarde, hebben meer sedimenten van oppervlaktewater onderzocht dan hydrothermale systemen, waar deze fossielen werden gevonden, zegt Cavalazzi. De ontdekking suggereert, zegt ze, dat onderzoekers hier en op andere planeten onder het oppervlak moeten blijven krabben.