Geplaatst op

Fossiele bacteriën koppelen aan levende neefjes helpt bij klimaatvoorspellingen


NIOZ Koninklijk Nederlands Instituut voor Onderzoek der Zee

20-dec-2022Microben hebben een huidje dat reageert op de omgeving, een beetje zoals onze huid zweet bij warmte en rilt bij kou. Gefossiliseerde microbiële huidjes geven ons een glimp van hoe het klimaat in het verleden was. Door de ‘missing link’ tussen fossiele huidjes en die van levende bacteriën te ontdekken, heeft Diana Sahonero de nauwkeurigheid van nieuwe klimaatvoorspellingen sterk verbeterd.

Microbiële huiden oftewel membranen zijn gemaakt van lipiden – vetmoleculen – die als fossielen bewaard kunnen blijven en ons verhalen vertellen over hoe deze microben in het verleden leefden. “Sommige microbiële lipiden worden veel gebruikt om het klimaat in het verleden te reconstrueren. Ze zijn altijd met geheimzinnigheid omgeven geweest, omdat we niet wisten welke microben ze precies maakten en onder welke omstandigheden. Dit gebrek aan informatie beperkt de voorspellende kracht van deze moleculen om milieuomstandigheden in het verleden te reconstrueren,” zegt Sahonero, onderzoeker aan het NIOZ. Nu laat haar studie zien welke bacteriën deze lipiden maken en ook hoe zij hun lipidehuidje hebben geëvolueerd om zich aan te passen aan veranderingen in het milieu. Het is een nieuwe stap naar betere reconstructies én voorspellingen van klimaatverandering.

Lipiden zijn de moleculen die het membraan, de huid, van microben zoals bacteriën vormen

Lipiden zijn de moleculen die het membraan, de huid, van microben zoals bacteriën vormen (Source: Diana Sahonero)

Klimaatreconstructies

Lipiden, de moleculaire bouwstenen van het celmembraan, zijn uniek voor elke microbiële soort. “Het werkt net als een vingerafdruk, ze kunnen worden gebruikt om microbiële resten te identificeren,” zegt Laura Villanueva, universitair hoofddocent aan de faculteit Geowetenschappen van de Universiteit Utrecht en senior wetenschapper bij het NIOZ. De lipiden van oude microben zijn te vinden in oude sedimenten. Zodra deze moleculen uit het verleden zijn geïsoleerd, geïdentificeerd en gerelateerd aan nu levende groepen bacteriën, kunnen de lipiden werken als ‘biomarkers’. Omdat we van de levende verwanten van de microben weten hoe zij met hun omgeving omgaan, kunnen de markers kunnen ons iets vertellen over de atmosferische en oceanische omstandigheden van de oude aarde.

Afbeelding gemaakt met een fluorescentiemicroscoop van de bacterie Thermotoga maritima. De bacteriën zijn gekleurd om hun membraan in rood weer te geven. 5µm is 0,005 millimeter

Afbeelding gemaakt met een fluorescentiemicroscoop van de bacterie Thermotoga maritima. De bacteriën zijn gekleurd om hun membraan in rood weer te geven. 5µm is 0,005 millimeter (Source: Diana Sahonero)

Wie maakte deze moleculen en hoe?

De lipiden waar het onderzoek over gaat, heten vertakte Glycerol Dialkyl Glycerol Tetraethers (GDGT’s). Dit type wordt al vaak gebruikt bij klimaatreconstructies, maar lange tijd was het onduidelijk welke bacteriën precies deze specifieke lipiden maakten.  Diana en haar collega’s hebben eindelijk ontdekt welke bacteriën het zijn, en ook hoe deze bacteriën de lipiden eigenlijk maken. “Het was zoeken naar een naald in een hooiberg,” zegt Sahoreno. “Vanaf het begin wisten we dat we deze vraag alleen konden beantwoorden met een grootschalige aanpak. We moesten meer dan 1850 eiwitten onderzoeken om microben te identificeren die deze lipidemoleculen maken.”

Zodra onderzoekers weten welke momenteel levende bacteriën deze lipidemoleculen maken, kunnen ze worden gebruikt om nauwkeurigere klimaatreconstructies te maken. Onderzoekers kunnen de interacties van deze levende bacteriën met het hun omringende zeewater of atmosfeer meten. Deze informatie leidt tot ‘proxy’s’ – sleutels om details van de lipidemoleculen te correleren met omgevingswaarden. Dit is een belangrijke stap in de reconstructie van milieu- en klimaatomstandigheden in het verleden, op basis van oude sedimentmonsters.

Vroege evolutie van het leven

Diana verwerkt monsters met bacteriën in het anaerobe (zuurstofloze) lab

Diana verwerkt monsters met bacteriën in het anaerobe (zuurstofloze) lab (Source: Diana Sahonero)

“Onze studie geeft aan dat er veel soorten momenteel levende bacteriën zijn die dit soort membraanlipiden kunnen maken. Ook vonden we dat al die bacteriën voorkomen in omgevingen waar geen zuurstof is,” zegt Sahonero. “Dit onderzoek naar archaea-achtige lipiden van bacteriën laat zien hoe deze groep microben miljarden jaren geleden is geëvolueerd. Het is fantastisch om een glimp op te vangen van dit eerste stuk van de geschiedenis van het leven. Tot nu toe was het vooral een mysterie.”

Hoe nu verder?

Het werk van Sahonero en haar collega’s gaat nog steeds door. “We weten nu welke bacteriën deze moleculaire bouwstenen vormen en we begrijpen hoe ze dat doen. Vervolgens moeten we uitzoeken hoe de productie van deze moleculen afhangt van omgevingsfactoren als watertemperatuur of zuurgraad,” zegt Villanueva. “Dan kan de proxy op basis van deze bacteriële lipiden met meer zekerheid worden gebruikt door klimatologen. Daardoor krijgen ze nieuwe mogelijkheden om klimaatverandering gedetailleerder te reconstrueren en te voorspellen.”

Meer informatie

Tekst: NIOZ
Foto’s: Diana Sahonero, NIOZ