EVOLUTIE STOND LANG STIL DOOR GEBREK AAN VOEDINGSSTOFFEN

Het leven op aarde evolueerde gedurende een miljard jaar tot een variatie aan primitieve vormen waarin de cyanobacteriën overheersten. Maar na deze eerste ontwikkeling lag de evolutie gedurende zo'n een tot twee miljard jaar vrijwel stil. Een tekort aan metalen was daar de oorzaak van volgens geochemicus Ariel Anbar van de University of Rochester en paleontoloog Andrew Knoll van Harvard University (Science, 16 aug).

Het tekort aan metalen leidde tot voedingstekorten voor de micro-organismen die toen allemaal in zee leefden. Voor de opname van het voor groei noodzakelijke stikstof uit de atmosfeer zijn organismen afhankelijk van enzymen die een ijzer- en een molybdeenatoom. De cyanobacteriën (in feite symbioses 1-10 micrometer kleine, eencellige organismen) kunnen bij lage ijzerconcentraties in het water overleven. Voor meercellige algen zou het tekort aan bruikbare stikstof echter een grote evolutionaire handicap betekenen. Dat zou volgens de onderzoekers verklaren waarom er gedurende zo'n lange tijd geen of nauwelijks hogere organismen ontstonden.

Voor het plotseling verdwijnen van de metalen uit het zeewater hebben de onderzoekers een duidelijke verklaring. Omstreeks 2,2 miljard jaar geleden werd de atmosfeer steeds zuurstofrijker, waardoor het verweringsproces op het land veranderde. Zo werden volgens de onderzoekers veel grotere hoeveelheden zwavel via rivieren naar de oceanen afgevoerd. Mogelijk werden de bovenste waterlagen in de oceanen zuurstofrijk door diffusie vanuit de atmosfeer, maar dat gold zeker niet voor het diepere water. Daar werd de zwavel als sulfiden (inclusief zwavelwaterstof) opgenomen. Die sulfiden verbonden zich met het tot dan toe in ruime mate in het anaërobe zeewater aanwezige ijzer tot onoplosbare verbindingen. Daardoor bleef er weinig ijzer als voedingsstof in het water achter. Hetzelfde gold voor andere metalen zoals molybdeen, koper, zink, vanadium en cadmium.

Daarin zou pas weer verandering optreden toen sterke erosie na een periode van gebergtevorming meer metalen naar zee deed afvoeren, die daar dankzij een inmiddels veel zuurstofrijkere atmosfeer in geoxideerde, oplosbare vorm beschikbaar kwamen. Toen konden zich plotseling talrijke nieuwe soorten grote, meercellige algen ontwikkelen.

Met die ontwikkeling kwam een einde aan een evolutionair gezien weinig opwindende periode, waarin echter wel de oceanen door hun specifieke karakteristieken (min of meer te vergelijken met de huidige Zwarte Zee) grote invloed op die evolutie uitoefenden: ze waren niet zoals in de fase daarvoor ijzerrijk en zuurstofarm, noch als tegenwoordig zuurstofrijk en ijzerarm, maar zowel zuurstof- als ijzerarm.