De microben zijn net levende fossielen. En dat staat haaks op wat we tot op heden over microbiële evolutie dachten te weten.

We denken misschien dat al het leven op aarde evolueert. Maar een nieuwe studie beweert nu het tegendeel. Onderzoekers zijn op een groep bizarre microben gestuit waarvan de evolutie al tientallen miljoenen jaren stilstaat. Een bijzondere ontdekking, die haaks staat op ons hedendaagse begrip van microbiële evolutie.

Candidatus Desulforudis audaxviator
Het gaat om een microbe die Candidatus Desulforudis audaxviator wordt genoemd. Dit barre micro-organisme werd voor het eerst in 2008 in een Zuid-Afrikaanse goudmijn ontdekt, op bijna drie kilometer onder het aardoppervlak. De microben halen hun energie uit chemische reacties die veroorzaakt worden door het natuurlijke radioactieve verval in mineralen. Ze bewonen met water gevulde holtes in rotsen in een volledig onafhankelijk ecosysteem, volledig afgezonderd van zonlicht en andere organismen.

Op zoek naar microben
Vanwege hun unieke biologie en isolatie werden de onderzoekers nieuwsgierig naar de manier waarop de microben evolueren. Om daar een antwoord op te krijgen, zocht het onderzoeksteam diep onder de grond naar andere Candidatus Desulforudis audaxviator-microben. Uiteindelijk ontdekten ze dat deze microben ook in Siberië, Californië en in verscheidende mijnen in Zuid-Afrika leven.

De plekken waar Candidatus Desulforudis audaxviator werd gevonden en de afstanden ertussen. Afbeelding: uit wetenschappelijk artikel

Interessant is dat al deze omgevingen chemisch gezien anders zijn. Hierdoor hoopten de onderzoekers een goed beeld te krijgen van de verschillen die, gedurende miljoenen jaren van evolutie, tussen populaties ontstaan. “We wilden de opgedane kennis gebruiken om te gaan begrijpen hoe deze microben evolueren en welke omstandigheden tot welke genetische aanpassingen leiden,” legt onderzoeker Ramunas Stepanauskas uit. “We keken naar de microben alsof ze bewoners van geïsoleerde eilanden waren, zoals de vinken die Darwin op de Galapagos bestudeerde.”

Identiek
Met behulp van geavanceerde technieken waarmee wetenschappers de genetische blauwdrukken van individuele cellen kunnen lezen, analyseerden de onderzoekers de genomen van 126 Candidatus Desulforudis audaxviator-microben afkomstig van de drie continenten. Het leidt tot een verrassende ontdekking. Want de microben blijken allemaal nagenoeg identiek. “Het was schokkend,” herinnert Stepanauskas zich. “Ze hadden allemaal dezelfde opbouw, wat onze wenkbrauwen deed fronsen.”

Stilstaande evolutie
De wetenschappers gaan er niet vanuit dat deze microben lange afstanden kunnen overbruggen of überhaupt aan het oppervlak weten te overleven. Ook kunnen ze waarschijnlijk niet in zuurstofrijke omgevingen gedijen. En dus is er eigenlijk maar één optie mogelijk. “De beste verklaring die we op dit moment hebben is dat deze microben simpelweg nauwelijks zijn veranderd sinds ze zo’n 175 miljoen jaar geleden, tijdens het uiteenvallen van het supercontinent Pangea, fysiek van elkaar werden gescheiden,” aldus Stepanauskas. “Het lijken levende fossielen uit die tijd. Dat klinkt nogal gek en staat haaks op wat we tot op heden over microbiële evolutie dachten te weten.”

Tempo
Het is inderdaad een merkwaardige ontdekking. Want veel goed bestudeerde microben, zoals bijvoorbeeld de bekende bacterie E. coli die van nature in onze darmen leeft, reageren namelijk rap op veranderingen in hun omgeving – zoals blootstelling aan antibiotica – en evolueren al in slechts enkele jaren. “De ontdekking toont aan dat we voorzichtig moeten zijn bij het doen van aannames over het tempo van evolutie en hoe we de ‘boom des levens’ interpreteren,” benadrukt onderzoeksleider Eric Becraft. “Het is mogelijk dat sommige organismen een evolutionair sprintje trekken, terwijl andere juist evolutionair gezien ‘kruipen’. Dit maakt het lastig om betrouwbare moleculaire tijdlijnen op te stellen.”

Vergrendeld
Hoe het komt dat de Candidatus Desulforudis audaxviator-microben niet lijken te evolueren? De onderzoekers veronderstellen dat het te maken heeft met een krachtige bescherming tegen mutaties, die in wezen hun genetische code heeft vergrendeld. Als het team gelijk blijkt te hebben, is dit een heel zeldzaam kenmerk met potentieel veelbelovende voordelen die handig kunnen zijn in biotechnologische toepassingen.

Daarnaast kunnen de bevindingen uit de studie verstrekkende gevolgen hebben voor de manier waarop wetenschappers naar microbiële genetica en het tempo van evolutie kijken. “De resultaten herinneren ons eraan dat de verschillende microbiële takken die we in de ‘boom des levens’ zien, sterk in tijd kunnen verschillen sinds hun laatste gemeenschappelijke voorouder,” onderstreept Becraft. “Dit is essentieel om de geschiedenis van het leven op aarde te begrijpen.”