Ons leven begon in een ijzerrijke hete bron

De voorouder van al het aardse leven leefde rond heetwaterbronnen in de diepte van de oceaan. Daar waren alle voedingsstoffen, maar gelukkig geen zuurstof.

Kalksteenzuilen, zoals in druipsteengrotten, tot 30 meter hoog, vormen het landschap van Lost City een gebied met heetwaterbronnen in de Atlantische Oceaan. Foto Kelly/University of Washington/NOAA

Het vroege leven waar al het leven op aarde van afstamt pruttelde niet in een oersoepje in een poeltje, maar rond een hete bron op de zeebodem. Dit vroegste leven haalde energie uit waterstofgas dat uit de aardkorst opborrelde. Dat leiden microbiologen af uit een reconstructie van het genenpakket van de voorouder van al het leven op aarde. Afgelopen maandag publiceerden ze hun genetische analyse in Nature Microbiology.

De oudste fysieke sporen van het leven op aarde zijn tussen de 3,8 en 3,5 miljard jaar oud. Ergens daarvoor is het eerste leven ontstaan, maar niemand weet precies wanneer. Voor leven was de vroege aarde een vijandige plek. Het aardoppervlak werd tussen 4,1 tot 3,8 miljard jaar geleden getroffen door een zwaar bombardement van planetoïden.

Toch was er in de oerzeeën een plek waar het leven in alle rust kon beginnen: rond heetwaterbronnen. Het bekendst zijn de black smokers, de zwarte rokers, waaruit extreem heet water uit de oceaanbodem opkomt met een temperatuur van 200 tot 400 graden Celsius. Maar er zijn mildere en stabielere warmwaterbronnen, op plekken waar zeewater met gesteenten reageert en als een warme moleculenbrij oprijst.

In zo’n bron leefde de laatste gemeenschappelijke voorouder van alle eencelligen, schimmels, planten en dieren, concluderen nu microbiologen van de Heinrich Heine Universität in Düsseldorf. Ze baseren zich op genetisch onderzoek aan bacteriën en archaea, de twee oudste domeinen van het leven. Archaea zijn micro-organismen die onder de microscoop op bacteriën lijken, maar in werkelijkheid extreem verre familie zijn. De splitsing tussen archaea en bacteriën moet wel bijna net zo oud zijn als het leven zelf.

Het team microbiologen redeneerde dat moderne bacteriën en archaea allebei nog genen bezitten die direct afkomstig zijn van LUCA, de Last Universal Common Ancestor waar al het leven van afstamt. Maar hoe vind je die genen? De onderzoekers bekeken alleen genen die in tenminste twee families van bacterie en archaea voorkomen en die alleen door overwerving werden doorgegeven. Van de 286.514 genfamilies waar ze de analyse mee begonnen, bleven er nog maar 355 over. Deze genen geven een ‘glimp van het genoom van LUCA’, schrijft het team.

Het pakket van 355 bevatte genoeg informatie om LUCA’s leefwereld te reconstrueren. Zo had LUCA een enzym om DNA te repareren dat nu alleen nog voorkomt bij warmteminnende bacteriën en archaea.

Verder bleek dat LUCA een stofwisseling had die gebaseerd is op simpele moleculen. Het organisme haalde energie uit waterstof (H2), koolstof uit koolstofdioxide (CO2) en stikstof uit stikstof (N2), maar kon niet tegen zuurstof. Veel eiwitten van LUCA bevatten ijzer en zwavel. Al die stoffen worden nog steeds in moderne heetwaterbronnen geproduceerd.

De bacteriën en archaea die na miljarden jaren nog het meest op LUCA lijken zijn clostridia-bacteriën, bekend als veroorzakers van botulisme, en de methanogene archaea, die in magen van herkauwers leven en methaan produceren.

Heetwaterbronnen waren de ideale kraamkamers voor het leven, concluderen de biologen. Er is geen andere plek op aarde waar de moleculen voor het vroege leven zo op een presenteerblaadje worden aangereikt.