Op het eerste gezicht kunnen stromatolieten en hun naaste verwanten, microbiële matten, eruitzien als weinig meer dan donkere, oude rotsen. In werkelijkheid zijn het dicht opeengepakte, gelaagde gemeenschappen die door microben zijn opgebouwd. Miljarden jaren geleden, voordat dieren en planten bestonden, hielpen stromatolieten bij het vrijmaken van de vroegste zuurstof in de atmosfeer van de aarde. Nu suggereert een studie gepubliceerd in Current Biology dat deze ongebruikelijke formaties ook aanwijzingen kunnen bevatten voor een andere belangrijke gebeurtenis in de geschiedenis van de aarde: het ontstaan van complex leven.

Associate Professor Brendan Burns, een evolutionair microbioloog aan de UNSW Sydney, maakt deel uit van een onderzoeksteam dat een voorheen onbekende microbe ontdekte die in nauwe associatie leeft met een ander organisme in deze 'levende fossielen'. Het project, mede geleid met onderzoekers van de University of Technology Sydney en de University of Melbourne, zou wetenschappers kunnen helpen een fundamenteel evolutionair mysterie beter te begrijpen: hoe relatief eenvoudige cellen begonnen samen te werken en uiteindelijk aanleiding gaven tot veel complexere levensvormen.

"Stromatolieten zouden meer kunnen zijn dan 'slechts' een wieg van het leven waar vroeg microbiële leven bloeide," zegt A/Prof. Burns. "Ze zouden ons ook kunnen vertellen hoe complex leven voor het eerst ontstond."

Stromatolieten en microbiële matten verschenen voor het eerst miljarden jaren geleden, maar ze zijn niet verdwenen. Ze vormen zich nog steeds in Shark Bay, een UNESCO-werelderfgoedlocatie in West-Australië. Monsters die daar werden verzameld, leidden uiteindelijk tot de isolatie van een lid van de Asgard-archaea, een ongebruikelijke groep microben waarvan wordt aangenomen dat ze nauw verwant zijn aan de voorouders van eukaryoten, de cellen waaruit alle planten en dieren bestaan, inclusief mensen.

Een al lang bestaand idee in de biologie stelt dat de eerste eukaryotische cel zich ontwikkelde door een intiem partnerschap tussen een oude archaeon en een bacterie. Volgens deze theorie verzwolg het ene organisme uiteindelijk het andere, en die relatie produceerde uiteindelijk mitochondriën, de energieproducerende structuren in complexe cellen. Wetenschappers misten echter direct bewijs dat liet zien hoe zo'n vroeg partnerschap er daadwerkelijk uit zou hebben gezien. Het nieuwe onderzoek levert het eerste visuele bewijs van een Asgard-archaeon dat fysiek interageert met een bacterie via extreem dunne, buisachtige verbindingen die nanotube worden genoemd.

"Dit zou een klein model kunnen zijn voor hoe dit soort partnerschappen begonnen en uiteindelijk eukaryoten vormden," zegt A/Prof. Burns.

Genetische sequencing toonde aan dat het DNA van de organismen in de monsters aanwezig was, maar het kweken van de microben in het laboratorium zodat onderzoekers ze direct konden bestuderen bleek veel moeilijker. "Het kostte vier of vijf jaar in het lab," zegt A/Prof. Burns. "Veel tijd, optimaliseren en verschillende schaduwen najagen." Asgard-archaea staan erom bekend dat ze moeilijk te kweken zijn buiten hun natuurlijke habitat. De onderzoekers konden de organismen niet alleen kweken, en A/Prof. Burns zegt dat die moeilijkheid op zichzelf iets belangrijks over hun biologie kan onthullen. "Het feit dat we deze organismen nooit in pure cultuur konden krijgen, komt waarschijnlijk omdat ze altijd afhankelijk zijn van andere organismen om te overleven," zegt hij.

De onderzoekers boekten uiteindelijk vooruitgang met behulp van elektronencryotomografie, een hoge-resolutie 3D-beeldvormingsmethode die structuren kan onthullen op een schaal van een miljoenste millimeter. De beelden toonden de archaeon en bacterie fysiek verbonden door bacteriële nanotube. Onderzoekers observeerden ook dat de archaeon ketens van knopvormige blaasjes produceerde, samen met uitgebreide buisachtige structuren. De twee microben leken elkaar chemisch aan te vullen, waarbij elk verbindingen produceerde die de ander kon gebruiken, waaronder vitamines, voedingsstoffen en waterstof.

Coauteur Associate Professor Debnath Ghosal van de University of Melbourne zegt dat het direct vastleggen van een interactie tussen een Asgard-archaeon en een bacterie bijzonder belangrijk is. "Deze ontdekking brengt ons een paar stappen dichter bij het begrijpen van hoe co