NGV-Geonieuws 132 artikel 765

NGV-Geonieuws: elektronisch geologisch tijdschrift


19 Januari 2007, jaargang 9 nr. 1 artikel 765

Auteur: prof. dr. A.J. (Tom) van Loon
Geologisch Instituut, Adam Mickiewicz Universiteit, Poznan (Polen)

Dit artikel is onderdeel van NGV-Geonieuws uitgave 132! Op de huidige pagina is alleen artikel 765 te lezen.

<< Vorig artikel: 764 | Volgend artikel: 766 >>

765 Recente Archaea wijzen op mogelijk ontstaan van eerste leven bij hete onderzeese bronnen
Auteur: prof. dr. A.J. (Tom) van Loon

Klik hier voor alle artikelen over Biologie & Evolutie ! Klik hier voor alle artikelen over Oceanografie ! Klik hier voor alle artikelen over Vulkanologie !     Klik hier om dit artikel af te drukken !

Stikstof - een chemisch element dat samen met koolstof, zuurstof, waterstof, zwavel en fosfor essentieel is voor levende organismen (omdat het een bouwsteen is van aminozuren en eiwitten) - kan door bijna geen enkel organisme direct uit de atmosfeer of uit water worden opgenomen. Daarvoor is eerst omzetting nodig - bijv. in ammonia - en voor die omzetting is een enzym nodig: nitrogenase. De vorming van dat enzym berust op chemische signalen waarvoor een specifiek gen verantwoordelijk is. Alleen bepaalde primitieve organismen (zoals Archaea) kunnen stikstof opnemen zonder dat nitrogenase daarbij een rol speelt.


Hete hydrothermale vloeistof stroomt uit de uit anhydriet bestaande Vixen schoorsteen, ten zuiden van de Axial caldera

De ontwikkeling van het gen waarmee nitrogenase kan worden geproduceerd lijkt op het eerste gezicht een vergaande evolutie van het leven te vereisen. Toch blijkt dat niet het geval te zijn geweest: het gen lijkt al te zijn ontwikkeld voordat - omstreeks 3,5 miljard jaar geleden - de drie fundamentele takken van het leven (Archaea, bacteriŽn en eukarioten) zich van elkaar afscheidden uit een gezamenlijke voorouder. Die bevinding staat lijnrecht tegenover de tot nu toe algemeen aangehangen hypothese dat de ontwikkeling van het systeem dat het mogelijk maakt om het enzym nitrogenase te produceren, pas tot ontwikkeling kwam binnen de Archaea, en dat die dit vermogen later hebben doorgegeven aan de bacteriŽn.


Pilaren (ca. 2,5 m hoog) van lava die in 1998 uit de Axial caldera stroomde

Een en ander blijkt uit de analyse van een gen (het 16S ribosomale RNA gen) van een tot de Archaea behorend organisme (aangeduid als FS406-22) dat in staat is om stikstof uit water om te zetten in ammonia (NH3). Het gen is overigens voor 99% identiek aan het vergelijkbare gen van een andere soort (Methanocaldococcus jannaschii) die dit vermogen tot omzetting van stikstof uit water in ammonia niet heeft.


Bemonstering van water bij de hete bron Marker 113 nabij de Axial caldera

Het stikstofomzettende archaeon heeft bijzondere eigenschappen, en bewoond ook een bijzonder ecosysteem. Het is namelijk gevonden in water van 92 įC, bij een onderzeese hete bron op de Axialvulkaan, een caldera die gesitueerd is op de Juan de Fuca Rug, zoín 300 km ten westen van de Amerikaanse staten Washington en Oregon. Nog niet eerder was een niet van nitrogenase voor de omzetting van stikstof afhankelijk organisme gevonden dat onder zulke hete omstandigheden leeft (het record stond tot nu tot op 64 įC, voor de soort Methanothermococcus thermolithotropicus, een archaeon dat in geothermisch verhitte zanden vlak voor de kust van ItaliŽ voorkomt.


Hete bron Marker 113 bovenop de lavastroom van 1988.
Tal van dieren (vooral wormen) leven hier

Er was al eerder over gespeculeerd dat Archaea de oudste levensvormen op aarde vertegenwoordigen. Dat omzetting van stikstof uit water zonder nitrogenase door de Archaea bij hoge temperaturen moet hebben plaatsgevonden, lag ook voor de hand. Juist daarom verbaasden onderzoekers zich dan ook al lang dat er geen recente vormen van Archaea bekend waren die hiertoe ook in staat zijn. Daarom is ook gestructureerd gezocht naar dergelijke organismen. De uitbarsting van de (onderzeese) Axialvulkaan in 1998 heeft dan ook geleid tot een voortdurende monstername van water uit de directe omgeving; dat onderzoek is nu met succes bekroond bij bemonstering van water uit de hete bron Marker 113 op deze vulkaan.

Genetische analyse wijst uit dat het archaeon FS406-22 een genoom heeft dat aangeeft dat het behoort tot de alleroudste levensvormen; geschat wordt dat het gen dat de omzetting van stikstof zonder nitrogenase mogelijk maakt, al zoín 3,5 miljard jaar geleden moet zijn ontwikkeld. Vandaar dat de onderzoekers menen dat de Archaea de oudste levensvormen vertegenwoordigen en zich niet - samen met de bacteriŽn - hebben afgescheiden van een gezamenlijke voorouder. Het oudste leven zou dan ook waarschijnlijk bij onderzeese hete bronnen zijn ontstaan.

Referenties:
  • Capone, D.G., 2006. Ramping up the heat on nitrogenase. Science 314, p. 16921-1692.
  • Mehta, M. & Baross, J.A., 2006. Nitrogen fixation at 92įC by a hydrothermal vent archaeon. Science 314, p. 1783-1786.

Fotoís (NOAA Vents Program) welwillend ter beschikking gesteld door Mausmi Mehta, School of Oceanography, University of Washington, Seattle, WA (Verenigde Staten van Amerika).


Copyright © NGV 1999-2017
webmaster@geologischevereniging.nl