Op basis van DNA-onderzoek komen onderzoekers met nieuwe dateringen van cruciale gebeurtenissen in de vroege evolutie van het leven op aarde. Meest in het oog springende conclusie: de gemeenschappelijke voorouder van alle nu bestaande levensvormen leefde 3,9 miljard jaar geleden. Die bevinding ondersteunt de omstreden theorie dat het leven 100 miljoen eerder ontstond dan algemeen wordt aangenomen.

De nieuwe schatting is de uitkomst van de vergelijking van DNA-sequenties van 29 genen in 102 soorten. Genetici Holly Betts en Davide Pasini van de universiteit van Bristol bouwden op basis van die DNA-sequenties een stamboom van het leven. De informatie in die stamboom zetten ze vervolgens om in een tijdlijn van de eerste drie miljard jaar van het leven op aarde. ‘We kijken dieper terug in de tijd dan we voorheen voor mogelijk hielden’, zegt Pisani.

De tijdlijn ondersteunt de theorie dat het leven 100 miljoen jaar eerder ontstond dan momenteel wordt aangenomen, in een tijd dat de aarde nog blootstond aan een bombardement van meteorieten. Eerdere vermeende aanwijzingen voor die theorie bestaan uit koolstofresten die werden aangetroffen in een 4,1 miljard jaar oud gesteente. Soortgelijke koolstofresten werden in 2017 eveneens gevonden in 3,95 miljard jaar oude gesteentes. En in een wetenschappelijk artikel uit datzelfde jaar beweerden onderzoekers fossiele resten in handen te hebben van eencellige organismen van 3,77 miljard jaar oud. Al deze bevindingen zijn omstreden.

Volgens phylogeneticus Greg Fournier van het Massachusetts Institute of Technology is de nieuwe schatting van het ontstaan van het leven op aarde desallniettemin geloofwaardig. Dat zou inhouden dat het leven relatief snel is ontstaan, en dat in een tijd dat grote meteorieten nog de aarde geselden.

DNA in plaats van fossielen

De eerste levensvormen op aarde waren eencellig en hebben, in tegenstelling tot trilobieten, dinosaurussen en andere meercellige organismen, nauwelijks fossielen achtergelaten. Dat maakt het reconstrueren van de vroege geschiedenis van het leven lastig. DNA-onderzoek kan in zulke gevallen uitkomst bieden.

Om de splitsingen in de stamboom te dateren gebruikten de onderzoekers geologische gegevens. Zo is het bekend dat het leven op aarde maximaal 4,52 miljard jaar oud kan zijn, aangezien rond die tijd een rots ter grootte van planeet Mars op aarde insloeg. Die impact, waaraan de maan haar bestaan dankt, was zo groot dat het aardoppervlak smolt. ‘Als er destijds al leven bestond, zou het dat nooit hebben overleefd’, zegt geneticus Davide Pisani, die nauw samenwerkte met Betts.

Complexe cellen

De nieuwe tijdlijn bevat nog een verrassende uitkomst. De eerste levensvormen splitsen zich in twee groepen eencellige micro-organismen: bacteriën en archaeabacteriën. Deze splitsing voltrok zich volgens de tijdlijn minstens 3,4 miljard jaar geleden.

Later ontwikkelden zich meer complexe cellen. Deze zogeheten eukaryote cellen zijn groter dan zowel bacteriën als archaeabacteriën, en ze zijn opgedeeld in kleinere compartimenten, waaronder energie producerende mitochondriën. Het ontstaan van de eukaryote cel is een van de meest cruciale evolutionaire gebeurtenissen ooit aangezien ze de bouwstenen zouden gaan vormen van meercellige organismen. Als eukaryote cellen niet niet waren geëvolueerd, hadden planten, dieren en schimmels nooit kunnen bestaan. De tijdlijn suggereert dat eukaryote cellen verschenen tussen 1,21 en 1,84 miljard jaar geleden.

Zuurstofgehalte

Er wordt van uitgegaan dat eukaryoten evolueerden in reactie op stijgende zuurstofniveaus. De constatering dat eukaryoten maximaal 1,84 miljard jaar oud zijn, lijkt anders te suggereren, aangezien zuurstof veel eerder al in de atmosfeer opdook – 2,4 miljard jaar geleden om precies te zijn. Toch valt een verband tussen beide gebeurtenissen niet uit te sluiten. Het zuurstofgehalte was oorspronkelijk laag en liep pas later, met horten en stoten, op.

Het geschatte tijdstip van het ontstaan van eukaryoten is vooral opmerkelijk om een andere reden: het valt vrijwel precies samen met het ontstaan van een groep microben genaamd alfaproteobacteriën. Ooit waren mitochondriën vrijlevende bacteriën genaamd alfaproteobacteriën. Dat veranderde toen ze op een dag werden opgeslokt door een archaeabacterie en daarmee de eerste eukaryoot ontstond.

Eerste stap

Dat duidt erop dat het verwerven van mitochondriën de belangrijkste stap was in de evolutie van eukaryoten, zegt Pisani. Na die eerste stap volgde een snelle toename in diversiteit onder eukaryote cellen.

Onderzoekers van de universiteit van Düsseldorf, onder leiding van evolutiebioloog Bill Martin, kwamen eerder tot dezelfde conclusie. Zij trokken de conclusie op basis van natuurkundige overwegingen. Ze stellen dat zonder de energievoorziening van mitochondriën eukaryote cellen niet hadden kunnen doorontwikkelen tot grote, complexe cellen.

Volgens Fournier moet de tijdlijn echter een fout bevatten. Hij wijst erop dat mitochondriën nogal verschillen van de voorouderlijke alfaproteobacteriën. Het ontstaan van alfaproteobacteriën kan daarom onmogelijk samenvallen met het ontstaan van eukaryote cellen.

Altijd op de hoogte blijven van het laatste wetenschapsnieuws? Meld je nu aan voor de New Scientist nieuwsbrief.

Lees verder: