De cellen waaruit al het leven is opgebouwd, stammen af van een oercel die meer kon dan biologen tot dusver dachten. Denk aan een soort microscopische barbapapa, die kon kruipen en de wereld met uitstulpsels bepotelde.
De oeraarde waarop de eerste complexe cellen ontstonden, zag er vooral erg ónaards uit. Omhuld in een dikke, verstikkende dampkring van koolstofdioxide, zwaveldioxide en methaangas waarin een mens meteen zou omkomen, en overdekt met een oerzee van zuurstofloos water. ‘Water en steen. Er was niet veel te zien’, vertelt evolutiebioloog Anja Spang (Koninklijk Nederlands Instituut voor Onderzoek der Zee, Nioz).
Toch was het in die wereld, waar zo’n 3 miljard jaar geleden een cel begon te ontstaan waarvan al het hedendaagse meercellige leven afstamt: de eerste ‘eukaryoot’, een cel met een celkern. Dat is veel eerder dan evolutiebiologen tot dusver dachten, schrijven Spang en collega’s in vakblad Nature – wel honderden miljoenen jaren vroeger.
‘Er is geen aanwijzing dat deze cellen al een echte celkern hadden. Maar al wel sommige bouwstenen ervan’, zegt Spang. Mogelijk beschikte de oercel wél over andere vernuftige zaken, zoals blaasjes die voedingsstoffen weghappen uit de omgeving en misschien zelfs uitstulpingen en interne opbergzakjes. En hij had een verstevigde buitenwand. Een aanwijzing dat hij zich voortbewoog.
Verrassend is bovendien wat de oercel níét had: een volwaardige energievoorziening, in de vorm van de uit de biologieles bekende energiefabriekjes genaamd mitochondriën. Dat is opmerkelijk, legt Spang uit. Voorheen dachten microbiologen immers dat cellen pas echt complex werden nádat ze hun mitochondriën hadden gekregen – in feite zelf ook weer microben, die op de een of andere manier in de cel ingevangen zijn geraakt. ‘Ons onderzoek laat zien dat deze microben al bezig waren complexer te worden. Mitochondriën waren niet de drijvende kracht’, vertelt Spang.
Dat sluit goed aan bij een hele reeks recente inzichten over de eerste complexe oercellen, reageert desgevraagd hoogleraar microbiologie Thijs Ettema (Wageningen Universiteit), na inzage in Spangs publicatie. Tien jaar geleden stond Ettema zelf aan de basis van zo’n nieuw inzicht. In onder meer de ijzige zeebodem bij Noorwegen ontdekte hij toen een reeks primitieve microben die hij de ‘Asgard-archaea’ doopte, naar het godenrijk uit de noordse mythologie, en die zowaar genen bleken te dragen die coderen voor blaasjes en andere structuren.
‘Het beeld dat deze voorlopercellen simpel waren, daar moeten we van af’, zegt Ettema nu. ‘Er is een hele serie artikelen die dat onderschrijft. Vanochtend nog las ik een net verschenen onderzoek dat laat zien dat die Asgard-archaea kunnen kruipen, als een soort amoebe.’ Goed denkbaar dus dat de cellen van 3 miljard jaar geleden dat óók deden, zichzelf vervormend als barbapapa’s.
Om de allang verdwenen oercellen te bestuderen, besloot Spang samen met haar collega’s uit Groot-Brittannië en Hongarije diverse basisfuncties van hedendaagse cellen nader onder de loep te nemen. De onderzoekers stelden een soort stambomen op van tientallen van de bij die functies betrokken genen. Waarna men ‘terugrekende’ hoeveel stappen hedendaagse cellen inmiddels af zitten van de basis – en hoelang het dus ongeveer geleden is dat de genen in kwestie kennelijk in actie kwamen.
Waaróm de cellen zichzelf volstouwden met vernuftige extra’s, op een planeet waar nog geen zier te beleven viel, is ook voor Spang een raadsel. ‘Het kan zijn dat voortbeweging of uitsteeksels aanmaken hem in staat stelde om beter aan grondstoffen te komen’, denkt ze. ‘Misschien had hij interne blaasjes om zijn DNA beter bij elkaar te houden. Of gebruikte hij ze om chemische signaaltjes naar andere cellen te sturen’, zegt ze. Een bekende vorm van onderling gebabbel tussen microben.
Of we stammen af van een ‘fagocyt’, een roof-barbapapa, die voortdurend bezig was erfelijk materiaal van andere microben te jatten, oppert Ettema. ‘Dan krijgt-ie veel DNA van andere organismen binnen en had hij misschien een celkern nodig, als barrière. Om zijn eigen DNA af te schermen’, speculeert Ettema.
Bijzonder aan de eukaryote cellen waaruit u bent opgebouwd, is immers dat ze taken gescheiden houden: ín de celkern zit het DNA en wordt dat afgelezen, pas búíten de celkern wordt het recept omgewerkt tot eiwitten. Toch een beetje zoals een keuken waar de kok het kookboek in een afgesloten kluis bewaart om het schoon te houden – waarna hij de recepten overschrijft, om ze te bereiden.
Pas een slordige miljard jaar later – rond de 2 miljard jaar geleden – was de eerste eukaryoot met een celkern, mitochondriën en alles erop en eraan een feit. De eerste meercellige wezens die je met het blote oog kunt zien, ontstonden pas veel later, na nog eens ruim een miljard jaar.
Waarom wetenschappers de finesses van de oercel onderzoeken? Spang weet wel een antwoord. Natuurlijk biedt de nieuwe kennis misschien zicht op betere en schonere manieren om geneesmiddelen en chemicaliën te produceren. Maar het belangrijkste is toch iets anders. ‘Pure nieuwsgierigheid’, zegt Spang. ‘We willen toch weten waar we vandaan komen.’
Geselecteerd door de redactie
Source: Volkskrant