Het heeft enorme implicaties voor andere planeten, waar dankzij een vroege fotosynthese mogelijk ook veel eerder complex leven kan ontstaan.

Wetenschappers veronderstellen dat de evolutie van fotosynthese – waarbij er zuurstof wordt gefabriceerd – de sleutelfactor is tot het uiteindelijke ontstaan van complex leven. Men dacht tot op heden echter dat het weleens behoorlijk wat tijd in beslag kon hebben genomen, voordat fotosynthese daadwerkelijk bestond. Nu beweren onderzoekers echter het tegendeel. Want uit een nieuwe studie blijkt dat de vroegste bacteriën op aarde mogelijk al in staat waren tot een prille versie van fotosynthese. En dat heeft grote implicaties voor onze zoektocht naar buitenaards leven.

Fotosynthese
Tijdens fotosynthese wordt zonlicht omgezet in energie. Dit kan echter op twee verschillende manieren gebeuren. Aan de ene kant kan er tijdens dit proces zuurstof geproduceerd worden. In het tweede geval gebeurt dit niet. Wetenschappers vermoeden dat de vorm waarbij zuurstof wordt geproduceerd later is geëvolueerd, namelijk zo’n 2,5 miljard jaar geleden, rond de tijd dat de eerste blauwalgen op het toneel verschenen. Sommige studies hebben echter gesuggereerd dat er al eerder zuurstofproducerende fotosynthese bestond. Maar toch wordt het nog steeds veelal gezien als iets dat minstens een paar miljard jaar op aarde nodig had om tot stand te komen.

Twee smaakjes
In het geval van oxygene fotosynthese wordt licht gebruikt om watermoleculen te splitsen, zodat zuurstof, elektronen en protonen vrijkomen. In het geval van anoxygene fotosynthese worden bijvoorbeeld waterstofsulfide of mineralen in plaats van water gebruikt en wordt geen zuurstof geproduceerd.

In een nieuwe studie besloten onderzoekers het prangende vraagstuk verder uit te pluizen. “We hebben al eerder aangetoond dat het biologische systeem voor het uitvoeren van de zuurstofproductie – bekend als fotosysteem II – extreem oud is,” vertelt onderzoeker Tanai Cardona. “Maar tot nu toe waren we nog niet in staat om het op de tijdlijn van de geschiedenis van het leven te plaatsen.” De onderzoekers besloten de evolutie van de belangrijkst eiwitten die nodig zijn voor fotosynthese te herleiden. En daaruit blijkt dat enzymen die in staat zijn tot zuurstofproducerende fotosynthese – het splitsen van water in waterstof en zuurstof – al aanwezig kunnen zijn geweest in enkele van de vroegste bacteriën. Een interessante bevinding. Want dit betekent dat fotosynthese mogelijk net zo oud is als het leven op aarde.

Prille versie
Dat betekent overigens niet dat fotosynthese er op dat moment al hetzelfde uitzag als vandaag de dag. Net zoals de evolutie van bijvoorbeeld het oog, kan de eerste prille versie van fotosynthese heel eenvoudig en inefficiënt zijn geweest. Op aarde duurde het vervolgens meer dan een miljard jaar voordat bacteriën het proces hadden geperfectioneerd – wat leidde tot de evolutie van blauwalgen – en twee miljard jaar voordat de eerste dieren en planten het land begonnen te veroveren. Maar het belangrijkste punt is dat een bepaalde vorm van zuurstofproducerende fotosynthese mogelijk al heel vroeg bestond.

Planeten
Volgens de onderzoekers heeft deze ontdekking enorme implicaties voor andere planeten.
Want dankzij een vroege fotosynthese zou er mogelijk ook veel eerder complex leven kunnen ontstaan. Op aarde heeft het misschien enkele miljarden jaren geduurd. Maar omdat de vroegste levensvormen al over de belangrijkste ‘ingrediënten’ van zuurstofproducerende fotosynthese beschikten, zou die overgang naar complex leven ook veel minder tijd kunnen kosten. Het betekent dat complex leven zich op andere planeten misschien veel sneller kan ontwikkelen dan gedacht werd.

Deze kennis, over hoe belangrijke fotosynthese-eiwitten evolueren, is overigens niet alleen relevant voor de zoektocht naar leven op andere planeten. De onderzoekers onderstrepen dat het ook kan helpen om strategieën te bedenken om fotosynthese op nieuwe manieren te gebruiken door middel van synthetische biologie. “Nu we een idee hebben van hoe fotosynthese-eiwitten evolueren en zich aanpassen aan een veranderende wereld, kunnen we ‘gerichte evolutie’ toepassen,” oppert Cardona. “We kunnen leren hoe we de eiwitten kunnen veranderen om nieuwe soorten chemie te produceren. We zouden bijvoorbeeld fotosystemen kunnen ontwikkelen die complexe, nieuwe, groene en duurzame chemische reacties uitvoeren, volledig aangedreven door licht.” Dit is echter nog toekomstmuziek. Maar potentie heeft het zeker.