Ruim twee miljard jaar geleden begon de hoeveelheid zuurstof in de atmosfeer van de jonge aarde toe te nemen. Die toename is mogelijk in gang gezet doordat de aarde geleidelijk trager ging roteren waardoor de dagen langer werden. Hierdoor zouden aanwezige cyanobacteriën meer zuurstof kunnen leveren, stelt een internationale onderzoeksgroep.

De atmosfeer was niet altijd gevuld met de prettige 21 procent zuurstof waar het leven op aarde nu van geniet. ‘Van ongeveer 3 tot 0,5 miljard jaar geleden bestond het leven op aarde uit microben die geen zuurstof nodig hadden’, mailt Arjun Chennu van het Duitse Leibniz Centre for Tropical Marine Research. ‘De aarde is dus een bacteriële planeet die een plotselinge uitslag heeft ontwikkeld in de vorm van hogere levensvormen die zuurstof ademen of produceren.’

De zuurstof werd op de jonge aarde geproduceerd door cyanobacteriën (blauwalgen). Het is een bijproduct van hun fotosynthese – het proces dat ook de huidige planten en bacteriën gebruiken om met licht koolstofdioxide om te zetten in koolhydraten.

Overheden moeten de lessen van zero-covid in hun achterhoofd houden
LEES OOK
Overheden moeten de lessen van zero-covid in hun achterhoofd houden

Zuurstof vroege aarde

Ongeveer 2,4 tot 2 miljard jaar geleden begon de hoeveelheid zuurstof in de atmosfeer voor het eerst te stijgen. ‘Daarna bleef de concentratie 1 tot 2 miljard jaar op een relatief laag niveau’, mailt Judith Klatt van het Max Planck Institute for Marine Microbiology in Duitsland. ‘Vervolgens steeg de hoeveelheid zuurstof 0,8 tot 0,6 miljard jaar geleden opnieuw.’

Er is discussie over de factoren die ervoor gezorgd hebben dat de atmosferische zuurstof stapsgewijs toenam. De onderzoekers stellen nu dat de toename veroorzaakt werd door het langer worden van de dagen. Dat gebeurde gelijktijdig met vergelijkbare stappen. De aarde vertraagde van een daglengte van misschien maar 6 uur tot de huidige 24 uur.

Cyanobaterie-tapijten

De onderzoekers kwamen op dit idee door hun onderzoek naar ‘moderne’ cyanobacteriën, die onder extreme omstandigheden leven, op ruim 24 meter diepte op de bodem van een zinkgat in het Huronmeer in Noord-Amerika. Het water is daar zwavelrijk en zuurstofarm. Deze omstandigheden en de cyanobacteriën die er leven, zijn vergelijkbaar met de situatie miljarden jaren geleden.

Deze bacteriën groeien in een soort paarse tapijt-structuren. ‘Het is waarschijnlijk dat dergelijke tapijten de meeste zonovergoten en natte delen van de jongere aarde bedekten, zoals de kusten’, mailt Chennu.

Vanwege deze gelijkenis bestudeerden de onderzoekers de bacterie-tapijten op de bodem van het meer. Ook namen ze stukjes ervan mee voor labonderzoek. ‘We hebben aangetoond dat er gemiddeld meer zuurstof uit de tapijten kan komen tijdens de langere dagen’, zegt Klatt. ‘De bacteriën produceren dus niet meer zuurstof, er komt alleen meer vrij.’

De zuurstof komt vrij uit de bacterie-tapijten door een verschil in zuurstofconcentratie binnen en buiten het tapijt. ‘Een langere dag blijkt voor een groter concentratieverschil te zorgen, waardoor er meer zuurstof vrijkomt dan bij een korte dag’, zegt Chennu.

Mogelijk belangrijke factor

Met computersimulaties van bacterie-tapijten op de jonge aarde, laten de onderzoekers zien dat dit miljarden jaren geleden een rol gespeeld kan hebben. Chennu: ‘Ongetwijfeld speelde ook andere factoren een rol.’

Dat beaamt Benjamin Mills van de Britse University of Leeds, die niet betrokken was bij het onderzoek. ‘We kennen verschillende processen die de zuurstoftoename kunnen stimuleren. En op dit moment is het vrij onzeker welke processen het belangrijkst zijn. Dit nieuwe onderzoek toont een aspect waar we nog niet eerder aan hebben gedacht, en het kan belangrijk zijn.’