Een geomicrobioloog aan de Washington University in St. Louis heeft voorgesteld dat evolutie de primaire drijvende kracht is achter de ontwikkeling van de vroege aarde in plaats van fysieke processen, zoals platentektoniek.
Carrine Blank, Ph.D., assistent-professor in de geomicrobiologie van de Universiteit van Washington bij de afdeling Earth & Planetary Sciences in Arts & Sciences, bestudeert Cyanobacteria - bacteriën die licht, water en koolstofdioxide gebruiken om zuurstof en biomassa te produceren - heeft geconcludeerd dat deze soorten zijn begonnen op aarde in zoetwatersystemen op continenten en evolueerden geleidelijk om te bestaan in brakwateromgevingen, daarna in hogere zoutmilieus, mariene en hyperzout (zoutkorst) omgevingen.
Cyanobacteriën zijn organismen die aanleiding gaven tot chloroplasten, de zuurstoffabriek in plantencellen. Een half miljard jaar geleden dateren cyanobacteriën van meer complexe organismen zoals meercellige planten en functioneerden ze in een wereld waar het zuurstofgehalte van de biosfeer veel lager was dan nu. Gedurende hun zeer lange levensduur hebben Cyanobacteria een systeem ontwikkeld om een geleidelijk toenemende oxiderende omgeving te overleven, waardoor ze interessant zijn voor een breed scala aan onderzoekers.
Blank is in staat haar hypothese te trekken uit stambomen die ze van Cyanobacteria tekent. Haar observaties zullen waarschijnlijk aanleiding geven tot discussie onder biologen en geologen die een van de meest controversiële tijdperken van de aarde bestuderen - ongeveer 2,1 miljard jaar geleden, toen cyanobacteriën voor het eerst op aarde ontstonden. Dit was een tijd waarin de atmosfeer van de aarde een ongelooflijke, mysterieuze en onverklaarbare stijging van zuurstof had, van extreem lage niveaus tot 10 procent van wat het nu is. Er waren drie - sommigen zeggen vier - wereldwijde ijstijden, en het fossielenbestand weerspiegelt een grote verschuiving in het aantal organismen dat zwavel metaboliseert en een grote verschuiving in koolstofcycli.
'De vraag is: waarom?' zei Blank.
“Mijn bijdrage is de poging om evolutionaire verklaringen te vinden voor deze grote veranderingen. Er waren op dit moment veel evolutionaire bewegingen in Cyanobacteria en de bacteriën hadden een impact op de ontwikkeling van de aarde. In het verleden vertrouwden geologen op geologische gebeurtenissen voor overgangen die tot verandering hebben geleid, maar ik beweer dat veel van deze dingen evolutionair kunnen zijn. "
Blank presenteerde haar onderzoek tijdens de jaarlijkse bijeenkomst van de Geological Society of America in 2004, gehouden van 7-10 november in Denver.
De bevinding van Blank dat Cyanobacteria voor het eerst in zoetwatermeren of -beken voorkwam, is contra-intuïtief.
"De meeste mensen gaan ervan uit dat Cyanobacteriën uit een marien milieu zijn voortgekomen - ze zijn tenslotte nog steeds belangrijk voor mariene omgevingen, dus dat moeten ze altijd zijn geweest," zei Blank. “Toen Cyanobacteria begon te verschijnen, was er geen ozonafscherming, dus UV-licht zou de meeste dingen hebben gedood. Ze moesten ofwel manieren hebben bedacht om met het UV-licht om te gaan - en er zijn aanwijzingen dat ze UV-absorberende pigmenten hebben gemaakt - of manieren hebben gevonden om onder sedimenten te groeien om het licht te vermijden. ”
Om de evolutie van cyanobacteriën te bestuderen, heeft Blank een ruggengraatboom opgesteld met behulp van meerdere genen uit hele genoomsequenties. Extra soorten werden aan de boom toegevoegd met behulp van ribosomale RNA-genen. Morfologische kenmerken, bijvoorbeeld de aan- of afwezigheid van een omhulsel, eencellige of draadvormige groei, de aan- of afwezigheid van heterocysts? een dikwandige cel die met tussenpozen voorkomt? werden gecodeerd en in kaart gebracht op de boom. De verdeling van eigenschappen werd vergeleken met die in het fossielenbestand.
Cyanobacteriën die ongeveer twee miljard jaar geleden opkwamen, werden complexe microben met grotere celdiameters dan eerdere groepen - ten minste 2,5 micron. Blank's boom laat zien dat verschillende morfologische eigenschappen onafhankelijk in meerdere lijnen zijn ontstaan, waaronder een mantelstructuur, draadvormige groei, het vermogen om stikstof vast te zetten, thermofiel (liefde voor warmte), beweeglijkheid en het gebruik van sulfide als elektronendonor.
'We zullen veel analyses van het micro-fossielenbestand van serieuze paleobiologen nodig hebben om te zien hoe goed deze hypothese klopt', zei Blank. “Dit tijdsbestek is een van de grootste puzzels voor zowel biologen als geologen. Er gebeurt dan enorm veel in het geologische record. ”
Oorspronkelijke bron: WUSTL-persbericht
