Opgeviste oerbacterie geeft inkijkje in oorsprong van mensen en andere eukaryoten

Alle planten, dieren en mensen zijn ontstaan uit dezelfde simpele cellen waarmee het allereerste leven begon. Maar hoe verliep die evolutie? Een nieuw ontdekte oerbacterie, opgevist diep uit de oceaan, stelt de theorie bij.

7 mei 2015

Eukaryoten en archaea staan dichter bij elkaar dan we dachten

Op 11 januari 2017 publiceerden Zweedse onderzoekers in Nature dat ze een nieuwe groep archaea hebben ontdekt. Archaea zijn oeroude micro-organismen en vormen een van de drie hoofdgroepen waarin wetenschappers alle levensvormen die we tot nu toe kennen, indelen. De andere groepen zijn de bacteriën en de eukaryoten, de groep waartoe ook de mens behoort en alle planten en dieren.

In de nieuwe groep, die ze de Asgard archaea noemen, vonden de onderzoekers veel genen waarvan tot nu toe werd gedacht dat ze alleen in eukaryoten (waartoe ook de mens behoort) voorkomen. Dit laat volgens hen zien dat archea op weg waren zich te ontwikkelen tot complexe, meercellige organismen en dat eukaryoten en archaea ooit verwant waren. Meer dan bacteriën en eukaryoten verwant zijn.

Deze resultaten volgen op de ontdekking die de dezelfde groep deed van een andere meer-verwante archaea: de ‘Loki’, waarover NEMO Kennislink in 2015 onderstaande bericht publiceerde.

Asgard archea — De nieuwe ‘tree of life’ zoals voorgesteld door de Zweedse onderzoekers. De Asgard archaea en de eukaryoten delen een gezamenlijke voorouder. Samensmelting met een oerbacterie leidde tot het ontstaan van de eukaryoten zoals we die nu kennen (en zelf zijn).
Eva Fernandez-Caceres via EurekAlert.org

Op de bodem van de Atlantische Oceaan liggen microben verstopt die van alle simpele cellen onze meest naaste verwanten zijn. Zweedse biologen ontdekten de organismen. Ze schrijven deze week in Nature dat de microben weleens de missing link kunnen zijn tussen ons en oerbacteriën (de archaea).

In de ouderwetse stamboom van het leven zijn archaea en eukaryoten twee aparte takken.
Montana State University

Drie groepen

In de meeste biologieboeken is de diversiteit van het leven ingedeeld in drie grote groepen: de eukaryoten en twee groepen prokaryoten, de bacteriën en archaea (ook wel oerbacteriën genoemd). Prokaryoten hebben simpele cellen zonder celkern. Eukaryoten hebben cellen met celkern en andere onderdelen, zoals een celskelet. Wij, en alle andere dieren en planten, zijn eukaryoten. Archaea hebben een zelfde soort structuur als prokaryoten maar lijken weer meer op eukaryoten als het gaat om de manier waarop de genetische codes worden vertaald.

De cellen van eukaryoten zijn zó veel ingewikkelder dan die van prokaryoten, dat evolutiebiologen hun hersenen kraken over de vraag hoe de ene geëvolueerd is uit de ander. Er zijn meerdere theorieën die elkaar tegenspreken. In de klassieke stamboom van het leven, die de evolutionaire oorsprong van de drie groepen weergeeft, zijn eukaryoten en archaea twee aparte takken. Dit idee staat al een tijd ter discussie. Recent onderzoek wijst namelijk in de richting dat eukaryoten zijn voortgekomen uit archaea.

Het testen van die theorie is lastig: organismen die de tussenstap vormen tussen archaea en eukaryoten zijn nooit gevonden. Maar wie zoekt zal vinden, dachten Thijs Ettema en zijn collega’s van de Uppsala Universiteit.

Loki

Het team ontdekte op de zeebodem een nieuw type archaea die ze Lokiarchaeota noemen, of liefkozend ‘Loki’. Loki lijkt meer op de cellen van planten en dieren dan alle andere tot dusver ontdekte prokaryoten.

Loki is 100% oerbacterie en heeft net als alle andere archaea-soorten geen celkern. Maar vreemd genoeg heeft hij wel honderd genen die alleen bij eukaryoten voorkomen. Deze genen coderen onder andere voor eiwitten om een celskelet te bouwen. De vondst is een doorbraak: dit nieuwe micro-organisme lijkt de lijn tussen archaea en eukaryoten te vervagen.

Gissen

De Zweden maakten met het DNA van Loki een nieuwe stamboom. In hun model splitsten bacteriën en archaea zich 3,4 miljard jaar geleden van elkaar af. De archaea leefde vrolijk verder tot er 2 miljard jaar geleden binnen de groep een tweesplitsing kwam, in Loki en eukaryoten. In de boom zijn mensen, dieren, planten en schimmels geen aparte tak, maar een zijtak van de archaea. Wat dat betekent? Dat we zijn ontstaan uit oerbacteriën!

Waarschijnlijk waren sommige kenmerken van eukaryoten, zoals het celskelet, al geëvolueerd in de laatste gemeenschappelijke voorouder van eukaryoten en Lokiarchaeota. Hoe die voorouder er dan uitzag, dat blijft gissen.

Te simpel

Niet iedereen denkt dat Lokiarchaeota het evolutionaire gat tussen onze cellen en die van archaea kan opvullen. Zoals evolutionair biochemicus Nick Lane van het University College London. Volgens hem zitten we de oerbacteriën die de voorgangers waren van eukaryoten op de hielen, maar is Loki nog te simpel.

“Het DNA van Loki is niet groot genoeg en hij heeft geen mitochondriën die echte eukaryoten wel hebben”, zegt Lane in het tijdschrift New Scientist. Hij denkt dat de bemachtiging van mitochondriën een noodzakelijke stap was in de evolutie van eukaryoten. Want dat leverde de energie voor ingewikkelde processen in de cel.

Toch geeft de ontdekking van Loki een interessant inkijkje in de evolutionaire oorsprong van het complexe leven. Het zijn tenslotte de meest aan ons verwante prokaryoten tot nu toe. Het team denkt op korte termijn nog meer microben te vinden die het gat tussen eukaryoten en archaea kunnen overbruggen.

Bronnen:

Anja Spang ea. ‘Complex archaea that bridge the gap between prokaryotes and eukaryotes’, Nature, online 6 mei 2015. doi:10.1038/nature14447
T. Martin Embley & Tom A. Williams. ‘Evolution: Steps on the road to eukaryotes’, Nature News & Views, online 6 mei 2015. doi:10.1038/nature14522

Reageer