De eerste adem van onze planeet

In dit 2,1 miljard oude rotsblok is geoxideerd ijzer te zien, wat duidt op de aanwezigheid van zuurstof in de atmosfeer.

Ten vroegste 3,5 miljard jaar geleden en ten laatste 2,9 miljard jaar geleden moeten de eerste cyanobacteriën (blauwalgen) zijn ontstaan, hebben Amerikaanse planeetonderzoekers¹ van het Massachusetts Institute of Technology berekend. Die bacteriën waren als eerste in staat om aan fotosynthese te doen. Ze haalden energie uit zonlicht en water, en produceerden daarbij zuurstof.

Het ontstaan en de aanrijking van zuurstof in de atmosfeer was nodig om het leven op onze planeet boven het niveau van de eencellingen uit te tillen en een immens diverse fauna en flora te doen ontstaan. Het proces was zo belangrijk dat biologen het aanduiden met kapitalen: ze hebben het over de Grote Oxidatie.

De timing van de ‘zuurstofrevolutie’ was al bekend: rond 2,4 miljard jaar geleden steeg de concentratie van zuurstof in de atmosfeer plots fors. En nu hebben de Amerikaanse vorsers met de ontwikkeling van de eerste cyanobacteriën dus ook het ontstaan van de zuurstofbron kunnen dateren. Ze deden dat via onderzoek naar zogenaamde horizontale gentransfer. Daarbij geven organismen mutaties aan elkaar door zonder dat ze direct verwant zijn aan elkaar.

Zonnedag

Zo konden de onderzoekers een gemeenschappelijke voorouder van alle huidige cyanobacteriën identificeren die omstreeks 2,9 miljard jaar geleden moet hebben geleefd. Tegelijk vonden ze dat de eerste blauwalgen zich wellicht afgesplitst hebben van andere oerbacteriën rond 3,4 miljard jaar geleden.

Die timing betekent wel dat er minstens 500 miljoen jaar zit tussen de opkomst van de cyanobacteriën en de zuurstofrevolutie. Mogelijk hadden de eerste blauwalgen de zuurstofproductie dus nog niet helemaal goed onder de knie, waardoor het ‘even’ duurde vooraleer deze echt onder stoom kwam.

Of heeft de veranderende lengte van de zonnedag er iets mee te maken? Het is bekend dat onze planeet tijdens haar prille jeugd een stuk sneller rond haar as draaide, tot wel vier keer zo snel als vandaag. Daardoor zou een dag ooit maar zes uur geduurd hebben. Volgens Duitse biologen zorgde het lengen van de dagen er mettertijd voor dat cyanobacteriën de overhand konden krijgen tegenover andere bacteriën die niet aan fotosynthese deden. De vertraging van de aardrotatie zou mee veroorzaakt zijn door de maan en haar aantrekkingskracht. De huidige daglengte zou zijn beslag hebben gekregen ruim 2 miljard jaar geleden, wat in de buurt komt van de timing van de zuurstofrevolutie.

Noten

1. MIT, Massachusetts, Verenigde Staten en Max-Planck-Institut für Marine Mikrobiologie, Bremen, Duitsland