Beeld: De leisteen in het Franceville-bekken in Gabon zit vol met blinkende vormen die mogelijk fossielen zijn van complexe levensvormen van meer dan twee miljard jaar geleden.

In zijn laboratorium aan de universiteit van Poitiers monstert Abderrazak El Albani de flonkerende steen in zijn handen. Het lijkt wel een gouden tortellini, ingewerkt in een stukje leisteen. Volgens El Albani is het een overblijfsel van een complexe levensvorm. Maar de steen is honderden miljoenen jaren ouder dan de oudste fossiele bewijzen van geavanceerd meercellig leven. Moet de gevestigde theorie overboord, of is de vondst niet meer dan klatergoud? Die vraag houdt El Albani al zeventien jaar bezig.

In januari 2008 was El Albani in een leisteengroeve in de buurt van Franceville, in Gabon. Hij was er uitgenodigd om het oeroude gesteente in het stroombekken in kaart te brengen. De oudste sedimentlagen zijn er 2,14 miljard jaar oud, en ze zijn rijkelijk dooraderd met mangaan. Er is een lucratieve mijnbouwindustrie rond opgebouwd, maar El Albani was uit op een ander soort bodemschatten.

Door de extreme hitte en druk zo diep onder de grond raken de meeste sedimentaire gesteenten uit die tijd door de eonen (een eon is een zeer lang tijdperk in de geologische tijdschaal) heen onherkenbaar getransformeerd. Kalksteen wordt marmer, zandsteen kwartsiet. Maar door een geologisch toeval is het gesteente onder de rollende heuvels van de tropische savanne in het Franceville-bekken daarvan gespaard gebleven, en hebben de sedimenten iets van hun oorspronkelijke vorm, kristalstructuur en minerale samenstelling behouden. Ze bieden een zeldzame inkijk in een tijdsgewricht waarin onze planeet het met veel minder zuurstof moest stellen, en een onherbergzame plek was voor meercelligen zoals de organismen die ons vandaag de dag omringen.

El Albani had een halve dag in de groeve rondgelopen, en hier en daar stukken leisteen uit elkaar gepeld. Het gesteente zat vol met glinsterende stukjes pyriet, in allerlei bizarre vormen. El Albani had niet meteen een verklaring, dus nam hij een paar stukjes mee naar Poitiers. Twee maand later keerde hij terug naar de groeve, en dit keer ging hij naar huis met meer dan tweehonderd kilo specimens in zijn bagage.

Twee jaar later deden hij en zijn team een mededeling die insloeg als een bom: de bizarre specimens uit Franceville waren fossielen van organismen die bestonden uit meerdere, gespecialiseerde cellen. De wetenschappelijke consensus wil nochtans dat zulke complexe levensvormen pas zo’n 1,6 miljard jaar geleden zijn ontstaan. Als El Albani het bij het juiste eind heeft, dan moet de gevestigde hypothese rond de oorsprong van het leven dus op de schop. Niet alleen zou er veel vroeger meercellig leven zijn geweest dan gedacht, het zou ook meermaals zijn ontstaan en weer verdwenen. De mogelijke implicaties van wat El Albani beweert zijn ondenkbaar groot: ze doen de hele geschiedenis van het leven op aarde op haar grondvesten daveren.

De vondst lokte meteen controverse uit. Prominente onderzoekers voerden aan dat de specimens concreties waren, samengepakte klompjes mineralen die alleen maar op fossielen lijken. Maar ook al overheerst het scepticisme rond El Albani’s ontdekking, de afgelopen tijd plaatst ook het werk van andere onderzoeksgroepen vraagtekens bij oude, al te eenvoudige verhalen over de oorsprong van het leven. De wetenschappelijke wereld krijgt zo een aantal netelige vragen voor de kiezen. Welke omstandigheden waren nodig opdat complex leven kon ontstaan? Hoe kunnen we sporen van leven herkennen uit het immense prehistorische tijdvak van de zogeheten diepe tijd, toen organismen er zo compleet anders moeten hebben uitgezien dan alles wat we kennen? En waar ligt de bewijslast om uit te maken of complex leven vroeger – en vaker – ontstond dan we dachten?

Rijk aan eencelligen

Volgens de wetenschappelijke literatuur is het leven op aarde zo’n vier miljard jaar geleden ontstaan. In het begin waren de atmosfeer en de oceanen nog niet doordrongen met zuurstof, en was het rijk aan de eencelligen. In de zuurstofloze wateren konden microben zich verspreiden; ze voeden zich met mineralen rond vulkanische onderwaterbronnen. Misschien zo’n 2,5 miljard jaar geleden begonnen cyanobacteriën – ook wel blauwalgen genoemd, die tot massieve matten kunnen samenklitten en stromatolieten vormen, een soort ‘levende rotsen’ – hun energie uit zonlicht te halen. Daarmee trapten ze een langzame transformatie op gang van de planeet: ze pompten de zeeën en atmosfeer vol met zuurstof, een bijproduct van hun voedingsmechanisme.

Die transformatie zou uiteindelijk de eerste microbiële aardbewoners de kop kosten. Maar er kwam iets nieuws in de plaats. Door een symbiotische relatie tussen twee groepen eencelligen – waarvan er een zuurstof kon verwerken – zagen zowat twee miljard jaar geleden de eerste eukaryoten het licht: grotere cellen met een membraangebonden kern, die de neiging hadden om samen te pakken. Door een briljant toeval begonnen die eukaryoten op een gegeven moment op een bijzondere manier samen te klitten. Ze vormden steeds complexere meercellige organismen: algen, zeewier, planten, schimmels en dieren.

Wetenschappers hebben lang proberen te achterhalen wanneer die transitie van eencellig naar meercellig plaatsgreep. Halfweg de negentiende eeuw merkten onderzoekers op dat er op een bepaald punt beduidend meer leven kwam in de fossiele vondsten – ongeveer 540 miljoen jaar geleden, weten we intussen. In die periode, het Cambrium, leken de eukaryoten uit het niets te ontploffen in diversiteit. Plotsklaps zaten de zeeën vol met tribolieten, roofzuchtige geleedpotigen van een meter lang, en zelfs met de vroegste voorlopers van de gewervelden, de afstammingslijn waartoe ook wij mensen behoren.

Niet veel later werden de eerste fossielen ontdekt van meercelligen die dateren van vóór het Cambrium. De bekendste werden in 1946 gevonden in Australië, in de Ediacara Hills, door geoloog Reginald Claude Sprigg, die ze voor kwallen aanzag. Zo werd het ontstaan van complex leven teruggeduwd tot minstens zeshonderd miljoen jaar geleden.

Toch gaapt er nog steeds een kloof van meer dan een miljard jaar tussen de vroegste eukaryoten en hun grote bloei in het zogeheten Ediacarium. Het contrast tussen de schijnbare evolutionaire stilstand tijdens het grootste deel van die periode en de reuring voor- en nadien is zo groot dat ze bij onderzoekers bekend staat als ‘de saaiste tijd in de geschiedenis van de aarde’ en de ‘boring billion’. Waarom gingen de eukaryoten niet vroeger diversifiëren, vraagt paleontoloog Susannah Porter van de universiteit van Californië zich af. Waarom kwam die explosie er pas in het Ediacarium?

De verklaring daarvoor werd gelegd in de omgevingsomstandigheden op de oer-aarde. Het Ediacarium begon 635 miljoen jaar geleden met een opvallende klimaatverschuiving. In de nasleep van een wereldwijde ijstijd - de zogeheten Sneeuwbalaarde, toen enorme ijsplaten tegen de continenten aan schuurden en de wereldzeeën bedekten – veranderde de mix van nutriënten in de oceanen doordat er plots heel veel zuurstof beschikbaar was. De gunstigere watersamenstelling en het hogere zuurstofgehalte boden nieuwe kansen aan de eukaryoten, die snel en ingrijpend diversifieerden. Dat is de algemeen aanvaarde hypothese voor de timing van de ‘big bang’ van het leven, vertelt Porter. En het zou goed kunnen dat die juist zit. Maar volgens El Albani is dat niet het hele verhaal – verre van.

Collectie

In het geologiegebouw van de universiteit van Poitiers neemt de collectie van Franceville drie smalle kamers in beslag. Als puzzelstukjes liggen meer dan zesduizend leisteenmonsters uitgestald op schappen, tafels en vitrinekasten. El Albani laat maar wat graag zien wat hij allemaal in huis heeft. Er zijn rimpelige restanten van bacteriële matten; specimens met een korst van pyriet; de veel voorkomende lobvormige ‘tortellini’ die in 2010 de cover van het blad Nature sierde; buisvormige specimens die wat weg hebben van stethoscopen en lepels; en andere vormen die lijken op centimeters lange parelsnoeren. Er zijn vreemde, wormachtige sporen die volgens het team op beweging zouden kunnen duiden, en ook niet-gepyritiseerde overblijfselen die lijken op zanddollars: cirkels van een tot een paar centimeter groot, die in de leisteen gestempeld lijken.

De verscheidenheid aan vormen bewijst voor El Albani dat het fossielen moeten zijn. De omgeving waar hij ze aantrof staat die conclusie alvast niet in de weg. In tegenstelling tot de meeste sedimentaire gesteenten van twee miljard jaar oud – die vaak diep onder de grond liggen, en bezwijken onder de hitte en druk – bevinden de Francevilliaanse strata zich in een kom van veel harder gesteente, dat ze voor die vernietigende krachten afschermde. Daardoor konden zowel biologische vormen als iets wat lijkt op de primaire chemicaliën en mineralen in marine sedimenten, de tand des tijds doorstaan. ‘Zo kunnen we de omgeving uit die tijd reconstrueren, op een schaal die we nergens anders terugvinden’, zegt biochemicus Ernest Chi Fru (Cardiff University), die samen met El Albani het materiaal heeft bestudeerd. Als je op zoek zou zijn naar fossielen van relatief grote, meercellige organismen met een zacht lichaam, dan ben je in Franceville aan het juiste adres.

Om te bewijzen dat het fossielen zijn, onderzoekt El Albani’s lab sinds kort de chemische samenstelling van de Francevilliaanse biota. Eukaryoten nemen elementen zoals zink doorgaans op in lichtere vormen. In 2023 bleek uit analyse van de zanddollarvormen dat die inderdaad vooral lichtere isotopen bevatten. (Een onafhankelijk team kwam na onderzoek van gepyritiseerde specimens tot een vergelijkbare conclusie.) Ook arseen kan een indicatie geven, en daar deed Anna El Khoury, promovendus aan El Albani’s lab, eerder dit jaar onderzoek naar. Bij specimens waarvan vaststaat dat het minerale concreties zijn, zag ze een willekeurige spreiding van arseen, maar in de verondersteld organische monsters vond El Khoury het alleen in sommige delen, in hoge concentraties, zoals je zou verwachten wanneer de cellen van een organisme de geabsorbeerde giftige stof proberen weg te houden van kwetsbaarder weefsel.

Wat het team het veelzeggendst vindt, zijn de omgevingsomstandigheden uit die periode. De sedimenten lijken te zijn afgezet in een soort binnenzee. Het gesteente vertoont tekenen van dramatisch onderwatervulkanisme, lang voordat de eerste fossiele specimens verschijnen. Dat zou het water hebben verrijkt met nutriënten zoals fosfor en zink, die cruciaal zijn voor de chemische processen waarmee levende cellen zich van energie voorzien.

Bovendien stammen de Francevilliaanse biota, net als de Ediacarium-fossielen, van net na een ijstijd: de Huronische ijstijd. Ongeveer 2,4 tot 2,1 miljard jaar geleden nam het zuurstofgehalte pijlsnel toe, en het broeikaseffect nam af, waardoor gigantische muren van ijs van de polen loskwamen. Volgens sommige analyses zou de zuurstofpiek vergelijkbaar kunnen zijn geweest met die in het Ediacarium. Met andere woorden, de omgevingsomstandigheden die complex leven tot bloei brachten in het Ediacarium kwamen veel eerder ook al een keer voor, en zouden de weg kunnen hebben bereid voor het ontstaan van de levensvormen in het Franceville-bekken.

Buitenaardse wereld

Het moet een soort buitenaardse wereld zijn geweest, vertellen El Albani’s medewerkers. Oeroude kustlijnen, bergen in de verte, en alleen de wind en de golven die de stilte doorbreken. Dikke matten bacteriën bedekken het water, dat rijk is aan voedingsstoffen en zware metalen zoals arseen. Hier en daar steken kolonies bolvormige en buisvormige organismen boven het oppervlak uit. Onder water drijven weke organismen rond, en in het slik trekken verborgen organismen spiraalvormige sporen door de modder.

Wat waren die vreemde levensvormen? Het waren geen planten of dieren zoals wij die kennen. Afgaande op de vorm en chemische eigenschappen van de vermeende fossielen denkt El Albani aan koloniale eukaryoten – iets zoals de slijmzwam, misschien. Ze zouden een relatief vroege zijtak zijn geweest van de eukaryotische stamboom, en dus een bloei van complex meercellig leven die helemaal losstond van die in het Ediacarium.

Na een paar millennia was het lied van de Francevilliaanse organismen uitgezongen. De vulkanen werden weer actief, en het zuurstofgehalte stortte in. Er zou een miljard jaar verstrijken voor de planeet weer in de vriezer belandde, en meercellige eukaryoten een nieuwe kans kregen.

Dit verhaal druist in tegen alles wat we dachten te weten over het ontstaan van complex leven. Dat was geen uitzonderlijk, eenmalig toeval, stelt El Albani, en de meercelligen ontwikkelden zich veel sneller dan gedacht. Dus wie weet waar vinden we nog tekenen van een andere bloeiperiode?

De sceptici – en ze zijn met velen – zien een aantal gaten in het verhaal van El Albani. Eerst en vooral zit er veel meer vormvariatie in de specimens dan voor mogelijk wordt gehouden bij vroege complexe meercelligen, vertelt paleontoloog Leigh Anne Riedman (University of California), en zijn organismen doorgaans niet zo amorf en asymmetrisch als de Francevilliaanse biota. Ook hun gepyritiseerde aard doet wenkbrauwen fronsen. Pyriet, een bijproduct van bacteriekolonies, kan een korst vormen rond biologisch materiaal, maar het kan ook op zich samenklonteren. Zo zijn ‘zonnen’ of ‘bloemen’ van pyriet een welbekend fenomeen. Een laatste struikelblok is hoe ze zo groot zijn kunnen worden – een sprong vergelijkbaar met die van mens naar vliegdekschip, zoals een onderzoeker het illustreerde – zonder dat ook maar ergens anders vergelijkbare fossielen zijn opgedoken. ‘Het lijkt me nogal vergezocht’, vindt Riedman.

Dat er nergens anders mogelijke fossielen zijn gevonden uit het Proterozoïcum heeft nochtans misschien een eenvoudige verklaring: er wordt niet echt naar gezocht. Het ‘saaie miljard’ is misschien eerder het ‘nauwelijks onderzochte miljard’, stelt Porter. Daarin treedt Riedman haar bij: waarom zou je tijd en schaarse middelen stoppen in een periode waarin er zogezegd niks is gebeurd?

Recente ontdekkingen kunnen het Proterozoïcum misschien van zijn geeuwerige reputatie afhelpen. In Noord-China hebben onderzoekers van het Nanjing Institute of Geology and Paleontology meercellige eukaryoten gevonden in gesteente van 1,6 miljard jaar oud. Ze zijn eenvoudig van structuur, maar ze bewijzen wel dat meercellig leven al zo’n vijfhonderd miljoen jaar eerder bestond dan werd verondersteld. En de eukaryotische stamboom heeft misschien nog veel diepere wortels. Uit analyse van genoomsequenties en fossielen blijkt dat de vroegste gemeenschappelijke voorouder van alle levende eukaryoten mogelijk al 1,9 miljard jaar geleden zijn entree maakte.

Ook complexe meercelligheid zou zich verrassend snel kunnen hebben ontwikkeld. Een team van het Georgia Institute of Technology is er een paar jaar geleden in geslaagd eencellige eukaryoten – in dit geval, gistcellen – in amper twee jaar tijd aan elkaar te laten schakelen tot met het blote oog waarneembare meercellige vormen. In combinatie met het uitbreidende fossielenbestand duidt dat erop dat meercellige eukaryoten misschien verder teruggaan in de tijd dan algemeen wordt aangenomen.

Steenaders

Het grote obstakel voor dit soort onderzoek is dat sporen van oeroud leven zich niet makkelijk laten opmerken. Paleontoloog Brooke Johnson van de universiteit van Luik heeft zelfs moeite om specifieke fossielen te vinden in steenaders waarvan hij weet dat ze er zitten. Als je niet eens weet waar je naar op zoek bent, is het al helemaal geen sinecure. De angst voor overinterpretatie doet je aan het minste twijfelen. ‘Je kunt jezelf makkelijk wijsmaken dat je iets ziet wat er niet is, omdat je het gewend bent een bepaald patroon te zien’, aldus Johnson.

Op een lentedag in 2023 was hij aan de slag met honderden specimens uit Australische boorkernen. Toen hij een daarvan omverstootte, ving die steen plots het binnenvallende zonlicht op zo’n manier dat er zich minuscule schakelstructuren aftekenden op het oppervlak. Toen Johnson de boorkernen – waar nooit eerder iets bijzonders aan was opgemerkt – opnieuw onderzocht, bleek datzelfde patroon bij heel wat specimens voor te komen.

Mogelijk gaat het om een soort koloniale eukaryoot. Johnson moet zijn bevindingen nog bekendmaken, maar het feit dat hij die patronen alleen bij stom toeval opmerkte, maakt dat hij anders aankijkt tegen El Albani’s hypothese. ‘Misschien is er gewoon niks vergelijkbaars gevonden omdat we niet op de juiste manier hebben zitten kijken’, werpt hij op.

De moeilijkheid met de Francevilliaanse biota is dat de omstandigheden toen zo compleet anders waren dan tijdens de laatste zeshonderd miljoen jaar, vertelt Porter. Een groot deel van de geschiedenis van het meercellige leven speelde zich als het ware in een buitenaardse wereld af, en we begrijpen nog altijd niet goed hoe dat er precies aan toeging. En hoe verder je teruggaat in die diepe tijd, hoe groter de kans dat fossielen moeilijk te herkennen en te duiden zijn.

‘Ik weet niet wat we moeten doen om het te bewijzen, of om mensen te overtuigen’, verzucht El Albani. Maar, zo vindt hij, als zijn critici geloven dat de specimens uit Gabon minerale concreties zijn, dan moeten ze daar de bewijzen voor op tafel leggen. En dat is vooralsnog niet gebeurd. Porter geeft hem gelijk. Ze is lang niet overtuigd dat El Albani een onafhankelijke afstammingslijn van koloniale meercelligen heeft ontdekt, maar ‘het is niet erg als hij het fout heeft’, zegt ze. Iedereen mag zijn theorie naar voor schuiven, en die ideeën worden getoetst aan de nieuwste fossiele bewijzen. Dat is hoe de wetenschap erop vooruitgaat.

Zeventien jaar nadat El Albani een fonkeling bespeurde in de Francevilliaanse leisteen gaat zijn lab er nog steeds met volle kracht tegenaan. Ze werken verder aan vergelijkende analyses van de omgeving die verzegeld ligt in de steengroeve en in afzettingen uit het Cambrium, en van de chemische samenstelling van de Gabonese specimens en die van fossielen uit het Ediacarium en het Cambrium.

Ze buigen zich ook over de vraag hoe je chemisch het onderscheid kunt maken tussen specimens van biologische en niet-biologische oorsprong. Als we daar een betrouwbaar conceptueel model voor zouden kunnen ontwikkelen, kan dat niet alleen baanbrekend zijn voor het onderzoek naar het leven op aarde. ‘Je zou het kunnen toepassen op monsters van eender welke planeet’, aldus El Albani. Het robotvoertuig Curiosity heeft bijvoorbeeld op Mars al foto’s gemaakt van structuren die lijken op fossielen van tunnelgravers, maar het valt vooralsnog onmogelijk te bewijzen of die een organische oorsprong hebben.

Elk jaar opnieuw keert El Albani met zijn team terug naar Gabon en de groeve die zijn leven is gaan bepalen. Ze kammen door de afbladderende leisteen, trekken platen uit elkaar, en speuren naar de glinstering van pyriet of een subtiele cirkelvormige afdruk in het versteende slib. Af en toe doen ze een livestream voor Franse schoolkinderen. El Albani legt uit hoe de cellulaire revolutie die hen heeft voortgebracht heel ver in het verleden ligt, in de nevelen van de prehistorie. Soms bukt hij zich om een glinsterende vorm in het gesteente van naderbij te bekijken. Het is waarschijnlijk iets. De vraag is, zoals altijd: wat?