Stilstaande evolutie, de nulhypothese

Evolutie van leven veronderstelt een ontwikkeling van organismen. De evolutietheorie van Darwin stelt dat soorten ontstaan door natuurlijke selectie. Het is moeilijk te testen of er bij afwezigheid van selectie toch evolutie plaatsvindt. Bijna elke omgeving of niche betekent competitie voor schaarse voedselbronnen en daaruit volgt een survival of the fittest. Nu heeft een groep onderzoekers organismen gevonden die al meer dan 2 miljard jaar niet geëvolueerd zijn. Het gaat hierbij om zwavel bacteriën.

Zij bestudeerden met speciale instrumenten zoals Raman spectrografie en confocale laser scan microscopie fossiele gesteenten van de zeebodem en vonden daarin fossiele filamenten van zwavel bacteriën. Wanneer ze deze vergeleken met de huidige zwavel bacteriën die op andere locaties leven zagen ze duidelijke overeenkomsten in de vorm en lengte van de filamenten. Zie de onderstaande figuur.

Hedendaagse en precambriaanse filamenteuze zwavelcyclerende micro-organismen. A en E Hedendaagse microben 7 – 9 micrometer in diameter vergeleken met fossielen van het 2,3 miljard jaar oude Turee Creek gesteente (B en F) en het 1,8 miljard jaar oude Duree Creek gesteente (C,D,G en H)

 

De gesteenten, die in het Australische Turee Creek en Duck Creek gevonden werden, dateren van resp. ca. 2,3 miljard jaar en 1,8 miljard jaar geleden. Deze perioden volgen op de Great Oxidation Event (GEO) en de ontwikkeling van deze zwavel bacteriën wordt gezien als een antwoord op de langzame toename van zuurstof in de atmosfeer. Daardoor konden deze bacteriën sulfaat (SO4^2-) en nitraat (NO^3-) metaboliseren, stoffen die alleen na oxidatie van zwavel en stikstof beschikbaar zijn. De tegenwoordige zwavel bacteriën, die zoveel op hun fossiele voorouders lijken, bevinden zich in de bodem in een relatief zuurstofloze omgeving, maar profiteren van het sulfaat en nitraat uit de iets hoger gelegen diepten. Zij nemen deel aan de zwavelcyclus waarin bacteriën het sulfaat reduceren tot waterstofsulfide, dat opnieuw geoxideerd kan worden tot het element zwavel met behulp van zuurstof uit de bovenliggende lagen. Het zwavel kan dan weer geoxideerd worden tot sulfaat door andere bacteriën.

De betreffende zwavel bacteriën worden gekenmerkt door hypobradytelic lifetyles ofwel, een leefstijl die niet veranderd is gedurende meer dan 2 miljard jaar. Deze onveranderde leefstijl vindt men ook bij de cyanobacteriën, die zeer competitief waren door de productie van het toenmalige voor veel organismen giftige zuurstof. Voor de zwavel bacteriën geldt dat er, sinds het ontstaan van de eerste microbiële groepen, weinig tot geen stimulering was tot aanpassing aan veranderende condities. Het zijn bewoners van relatief koude, rustige, zuurstofvrije sedimenten, waar geen dagelijks licht doordringt. Deze condities zijn hetzelfde sinds de vroege geschiedenis van de Aarde. Een omgeving die dus niet veranderde.

Het is daarom verleidelijk deze zwavel bacterie gemeenschappen als bewijs te zien van de “negatieve” nulhypothese van Darwiniaanse evolutie: als er geen verandering plaatsvindt in de biofysische omgeving van een goed aangepast ecosysteem, dan zou er geen soortvorming, geen evolutie van de vorm, de functie of de metabolische eisen van biotische componenten zijn. Maar er moet rekening gehouden worden met het feit dat de morfologie van de bacteriën uit convergente evolutie voortkomt en dat het metabolisme en de genomen van de precambriaanse bacteriën wellicht anders was. Het DNA kan helaas niet vergeleken worden. Er zijn bovendien relatief weinig fossielen gevonden, waardoor er ‘missing links’ lijken te bestaan. Mochten er meer van dergelijke fossielen gevonden worden die dit gat wat kunnen dichten dan zal het mogelijk zijn de nulhypothese voor Darwiniaanse evolutie te bevestigen.

Eerdere hier verschenen berichten behandelen zwavel bacteriën die elektriciteit in de zeebodem genereren en geven wat extra informatie over hun metabolisme en leefwijze (1, 2) .

 

Uit:  J. W. Schopf, A. B. Kudryavtsev, M. R. Walter, M. J. Van Kranendonk, K. H. Williforde, R. Kozdone, J. W. Valleye, V. A. Gallardol, C. Espinozal, D. T. Flannery; Sulfur-cycling fossil bacteria from the 1.8-Ga Duck Creek Formation provide promising evidence of evolution’s null hypothesis; PNAS 5 january 2015 J. William Schopf, doi: 10.1073/pnas.1419241112

Het Antropoceen

Vorige week maandag 7 juni ontving de Nederlandse Nobelprijswinnar Paul Jozef Crutzen een laurea honoris causa in de Milieuwetenschappen aan de Universiteit Ca’ Foscari van Venetië. De dag daarop hield hij een lezing voor het publiek over het Antropoceen. Het Antropoceen wordt door sommigen gelijkgesteld aan het Holoceen ofwel de periode van zo’n 10.000 jaar geleden tot nu, de periode waarin de mens met de landbouw en veeteelt begon. Paul Crutzen definieert het Antropoceen daarentegen als de periode waarin de mens invloed kreeg op het ecosysteem en de atmosfeer. Hij stelt daarbij het begin rond de industrialisatie en neemt daarvoor het symbolische jaartal 1784, de datum waarop James Watt de stoommachine patenteerde.

Tijdens zijn lezing kwam er allereerst een reeks grafieken voorbij over alle waarden die

Van internet: broeikasgassen

gestegen zijn sinds de industrialisatie, waaronder natuurlijk (vooral gedurende de laatste eeuw), de toename van veeteelt, de transformatie van het landoppervlak en de toename van de wereldbevolking. Ook de uitsterving van soorten neemt toe in deze periode. Maar de belangrijkste waarden die een gevolg zijn van de menselijke activiteiten, zijn de stijgingen in de uitstoot van CO2, SO2, N2Oen CH4. Al deze gassen produceren het broeikaseffect. Een discussie over het wel of niet bestaan van klimaatverandering komt gewoonweg niet aan de orde, het is helaas een feit. De wetenschapper maakt zich al decennia druk over de bestrijding van de broeikasgassen. Hij vertelt dat de CO2-uitstoot drastisch teruggebracht moet worden naar nul. Als dit niet mogelijk blijkt te zijn dan zal er SO2 in de stratosfeer geïnjecteerd moeten worden. Dit SO2 blijft op deze hoogte langer aanwezig dan in de troposfeer bijvoorbeeld. Het heeft daar een albedo-effect zoals men kon waarnemen na de vulkaanuitbarsting van Mount Pinatubo in 1991, die een afkoeling van 0,5°C gedurende een jaar veroorzaakte.
Het SO2 wordt met chemische en natuurkundige processen omgevormd tot sulfaat dat in de stratosfeer kleine deeltjes vormt die het zonlicht terugkaatsen. Het sulfaat zou door

Van internet: ozonlaag

verbranding van S2 en H2S met ballonnen en kannonnen  in de stratosfeer geïnjecteerd kunnen worden. Dit hele ingrijpen zou onder andere een verzuring van land en zee veroorzaken. De voorkeur blijft daarom uitgaan naar een drastische vermindering van de CO2-uitstoot.

Paul Crutzen benadrukt ook dat een van de grote problemen die dankzij de determinatie van wetenschappers opgelost lijkt te zijn, het gat in de ozonlaag is. Allereerst de ontdekking van het gat door Joe Farman en het daaopvolgende verbod op gebruik van CFK’s (chloorfluorkoolstofverbindingen) hebben ervoor gezorgd dat dit gat binnen zo’n vijftig tot honderd jaar weer dicht zal gaan.

Zie ook artikel van P.J. Crutzen (Pdf)