Matten in de oerzee

Nadat het doek voor gefossiliseerde resten van miljarden jaren oude bacteriën in Australië leek gevallen, is dat leven in Zuid-Afrika alsnog aangetroffen.

OPNIEUW concluderen geologen dat in Zuid-Afrikaans gesteente wel degelijk sporen van leven zijn te vinden die ongeveer 3,4 miljard jaar oud zijn. De geologen Michael Tice an Donald Lowe van Stanford University onderbouwen de conclusie in Nature van 30 september. De betreffende resten, aangetroffen in de vermaarde Barberton Greenstone Belt, niet ver van het Kruger-wildpark, waren al eerder beschreven. Tice en Lowe plaatsen ze in een nieuwe context.

Het betreft gefossiliseerde resten van onderling vervlochten, draadvormige bacteriën of algen die kennelijk als een soort fotosynthetiserende `matten' aanwezig waren in warm zeewater van enige tientallen meters diep. De auteurs vergelijken ze met stromatolieten, soortgelijke matten van blauwalgen (cyanobacteriën) waarvan gefossiliseerde resten zijn beschreven, maar die ook nog levende tegenhangers hebben. Van belang is dat Tice en Lowe menen dat `hun' algen een fotosynthese-route gebruikten waarbij geen zuurstof werd gevormd.

Eerder dit jaar schreven de geologen Furnes en Banerjee e.a. in Science (23 april) dat zij meenden in de verglaasde randen van kussenlava, ook uit de Barberton Greenstone Belt, sporen van de de inwerking van bacteriën te hebben aangetroffen. In de randen van de lavakussens waren microscopische gangetjes, putjes en kuiltjes aangetroffen die als twee druppels water leken op de verwering die door moderne (hedendaagse) bacteriën in verglaasd lava optreedt. De oude gangetjes waren gevuld geraakt met zeer oude mineralen maar bevatten ook nog wat koolstof dat als een overblijfsel van de oude bacteriën moest worden beschouwd. Isotopen-analyse van dat koolstof toonde de typische verrijking van de isotoop C ten opzichte van de isotooop C die karakteristiek is voor veel levensprocessen.

minerale vormsels De publicatie destijds in Science, en nu in Nature, komt een jaar nadat definitief leek te zijn bewezen dat al die zogenaamde gefossiliseerde resten van bacteriën als artefacten moesten worden beschouwd. Wat leek op resten van algen of bacteriën waren minerale vormsels en groeisels die niets met `leven' te maken hadden. Dat is nog steeds de overtuiging van de paleobioloog Martin Brasier (Oxford University) die op 7 maart 2002 in Nature hardhandig schoon schip maakte. In een gedetailleerd artikel verwoestte hij de reputatie van J. William Schopf, de goeroe van het gefossiliseerde `early life'. Schopf (University of California, Los Angeles) gaf eind jaren tachtig de eerste beschrijving van oeroude blauwalgen die hij in Australische afzettingsgesteente meende te zien: microscopisch kleine draadvormige, gesegmenteerde en koolstofhoudende structuren. Hij schatte de leeftijd op 3,47 miljard jaar (de aarde zelf is ongeeer 4,5 miljard jaar oud en waarschijnlijk pas sinds 3,9 miljard jaar bewoonbaar) en vond inderdaad de veelzeggende verhouding C/C. Schopf ging ervan uit dat de algen in ondiep zeewater hadden geleefd en behoorden tot de vroegste organismen die zuurstof produceerden.

Brasier heeft het werk van Schopf systematisch nagelopen en stelde vast dat er sprake was van hineininterpretieren. Hij zag de draadjes van Schopf als de Mars-kanalen van Sciaparelli. Bij nadere inspectie van de oorspronkelijke vindplaats in Noordwest-Australië stelde hij vast dat de versteende zeebodem destijds onder invloed moest hebben gestaan van hydrothermische verschijnselen. Uit naburige onderzeese bronnen (vergelijkbaar met zoiets als `black smokers') moest zeer heet, mineraalrijk water over de bodem hebben gestroomd. Daarmee viel, met enige moeite, ook de verrijking van C ten opzichten van C te verklaren.

Anderen sloten zich bij Brasiers conlusie aan. De een toonde aan dat Schopf de uitkomsten van Raman-spectroscopie verkeerd had beoordeeld. De ander toverde in een laboratorium-opstelling (een soort chemische tuin) draadvormige, gesegmenteerde microscopische groeisels tevoorschijn die zonder enige tussenkomst van leven waren ontstaan (García-Ruiz in Science, 14 november 2003). Het doek leek gevallen voor het vermeende oude leven in Australië.

Maar in Zuid-Afrika is het weer opgegaan, nota bene voor hetzelfde soort afzettingsgesteente (`chert', gecompacteerde minikristalletjes van tamelijk zuiver kwarts, dus siliciumoxide) van vergelijkbare ouderdom: Buck Reef Chert. De koolstofhoudende draden hebben de juiste afmetingen, vertonen onderling goede samenhang en buigen zich fraai om ingesloten zandkorreltjes heen. De verhouding C / C is wat je verwachten mag van organismen die de Calvin-cyclus (de `gewone' C3-route) voor de fotosynhese gebruiken. Uit het typische sorterend effect dat golven en zeestromen hebben op bezinkend zand en slib leiden Tice en Lowe af dat de algenmatten nog onder invloed van de golfslag stonden en dus in het licht groeiden. Maar in de heel ondiepe zee, waar de golven ribbels achterlaten, groeiden ze niet.

ribbelvorming Tice en Lowe vinden geen spoor van hydrothermische invloeden. De auteurs reconstrueren het milieu waarin de algen groeiden, afgezien van de ribbelvorming en de slibsortering door golfslag, uit de aard van de aangetroffen mineralen. Van de indrogende strandlagunen aan de kust waar verderop, in de diepte, de algenmatten groeiden bleef vooral het mineraal nahcoliet (bicarbonaat) over. Dat wijst op een hoog CO2-gehalte van het zeewater. Daarmee in overeenstemming is de waarneming dat het overvloedige ijzer dat in typische banden in de Buck Reef Chert voorkomt voornamelijk als sideriet (ferro-carbonaat) wordt aangetroffen, en niet als ijzeroxide (ferri-oxide) zoals op veel andere plaatsen in gesteente van vergelijkbare ouderdom. De Stanford-onderzoekers leiden eruit af dat de algen geen zuurstof produceerden en dat de warme oerzee `gelaagd' was. Het sideriet ontstond steeds op het grensvlak tussen de CO2-rijke bovenlaag en de ijzerhoudende onderlaag.