Jaarboek no. 87. 2008/2009 - Koninklijke Maatschappij voor ...

Inleiding
MOLECULAIRE PALEONTOLOGIE:
MOLECULEN UIT EEN VER VERLEDEN
door
Prof. dr. ir. J.S. Sinninghe Damsté
Koninklijk Nederlands Instituut voor Onderzoek der Zee (NIOZ), Texel, en Universiteit Utrecht
Afzettingsgesteenten vormen een archief van het vroegste leven op aarde in de vorm van
gepreserveerde fossielen. We kennen allemaal de voorbeelden van botten van dinosaurussen
en afdrukken van bijzondere planten. Daarnaast zijn er microfossielen, vaak afkomstig
van eencellige plantjes of dieren, die een schat aan informatie met zich mee dragen. Hiermee
kunnen paleontologen de evolutionaire geschiedenis van het leven reconstrueren.
Helaas is hun werkgebied beperkt tot die organismen die fossiele resten achter laten.
In het vakgebied van de moleculaire paleontologie bestuderen we een andere vorm van
fossielen: de chemische of moleculaire fossielen. Dit zijn specifieke organische verbindingen
die voorkomen in sedimenten. Deze kunnen worden gerelateerd aan specifieke
organismen en geven informatie over fysische, chemische of biologische processen tijdens
de afzetting. Het bestuderen van de fossiele organische moleculen is één van de weinige
manieren om informatie over microben, zoals (cyano-)bacteriën, archaea, microalgen en
eencellige heterotrofe eukaryoten, uit het verleden te verkrijgen.
In het vervolg zal blijken hoe we de resten van de celmembraan van koudwater-archaea
(minuscule organismen, kleiner dan 1 µm, die gedurende de laatste 100 miljoen jaar wijd
verbreid in de oceaan voorkomen) kunnen gebruiken om vroegere zeewatertemperaturen
en daarmee klimaatveranderingen te reconstrueren.
We weten nog maar heel weinig van de microbiële diversiteit in de oceaan. Een van de
grootste verassingen van de laatste tien jaar is dat elke liter zeewater 1 tot 100 miljoen
archaea bevat. Archaea lijken uiterlijk op bacteriën maar zijn genetisch niet verwant en
onderscheiden zich ook door een ander celmembraan en vormen daarmee het derde
domein van het leven (figuur 1). Archaea werden oorspronkelijk gedacht alleen in extreme
milieu’s voor te komen. Zo leven hyperthermofiele archaea bij temperaturen boven de
zestig graden Celsius. Acidofielen gedijen bij hoge zuurgraad, halofielen leven in een zeer
zoute omgeving en methanogenen groeien in zuurstofloze milieus. Vanwege deze eigenschappen
die mogelijk op de condities van de vroege aarde zouden lijken en vanwege hun
visuele gelijkenis met bacteriën werden ze oorspronkelijk archaeabacteriën of oerbacteriën
genoemd. De schematische stamboom van het leven (zie figuur 1) laat echter zien dat
archaea niet als de voorloper van de bacteriën gezien kunnen worden.
Archaea in de oceaan
Begin jaren negentig van de vorige eeuw kwamen de eerste aanwijzingen dat het domein
Archaea niet alleen extremofiele organismen omvat, maar ook archaea die onder ‘nor-
Natuurkundige Voordrachten Nieuwe reeks 87. Lezing gehouden voor de Koninklijke
Maatschappij voor Natuurkunde ‘Diligentia’ te ’s-Gravenhage op 9 februari 2009.
Moleculaire paleontologie: moleculen uit een ver verleden