Wetenschappers lossen miljarden jaar oud mysterie op over het begin van complex leven

Al het complexe leven op aarde deelt een gemeenschappelijke oorsprong. Maar hoe meercellig leven exact is ontstaan uit eencelligen, was lange tijd een raadsel.

Diep in de zee leven microscopisch kleine organismen die Asgard-archaea heten. De beestjes zijn vernoemd naar de mythologische wereld van de Noorse goden. Deze oeroude microben zijn de verre voorouders van alle complexe levensvormen, inclusief wijzelf. Wetenschappers van de Universiteit van Texas hebben deze microben bestudeerd en hebben zo een oeroude vraag beantwoord.

Hoe werden twee onverenigbare microben één?

Neem even een stap terug. Alle planten, dieren en schimmels (wetenschappelijk samengevat als eukaryoten, alle organismen waarvan de cellen een celkern hebben) zijn vermoedelijk ontstaan doordat twee totaal verschillende microben samensmolten. Eén daarvan was een Asgard-archaeon, de andere een bacterie. Die bacterie leefde uiteindelijk verder als het mitochondrium, vandaag de dag het mini-orgaantje in onze cellen dat energie aanmaakt.

Het grote probleem waar wetenschappers hun hersenen over kraakten was dat de Asgard-archaea altijd werden gevonden op plekken zonder zuurstof, bijvoorbeeld op de bodem van de diepe oceaan. De bacterie waarmee ze samensmolten had echter zuurstof nodig om te overleven. Hoe kwamen die twee dan ooit bij elkaar?

“De oorsprong van eukaryoten is een van de langlopende mysteries binnen de biologie”, vertelt Kathryn Appler, postdoctoraal onderzoeker aan het Institut Pasteur in Parijs en medeauteur van de studie, aan Scientias.nl. “Welke microbiële afstammingslijnen betrokken waren, wat hun samenwerking op gang bracht en waar dit precies plaatsvond: dat waren allemaal nog openstaande vragen.”

Een verrassende vondst

Voor het onderzoek verzamelde het team enorme hoeveelheden genetisch materiaal van microben uit allerlei omgevingen. Uit die data konden ze meer dan 13.000 nieuwe microbiële genomen in kaart brengen. Een genoom is de complete genetische blauwdruk van een organisme. Daarmee konden ze het aantal bekende Asgard-genomen bijna verdubbelden.

En uit de data bleek iets onverwachts: de Asgard-archaea die het nauwst verwant zijn aan eukaryoten en dus het meest op onze gemeenschappelijke voorouder lijken, werden aangetroffen in ondiepe kustgebieden, waar wél zuurstof aanwezig is dus. Sterker nog, hun genen wijzen erop dat ze zuurstof actief kunnen gebruiken bij hun stofwisseling.

“We waren verrast dat een meerderheid van de genomen uit bepaalde Asgard-groepen afkomstig was uit ondiepe kustomgevingen”, zegt Appler. “De meeste eerdere studies suggereerden dat Asgard-archaea geen zuurstof verdroegen.”

Zuurstof als sleutel tot complex leven?

De timing van deze bevinding sluit aan op wat geologen al wisten. Zo’n 1,7 miljard jaar geleden maakte de aardatmosfeer een radicale omslag door: zuurstofniveaus schoten toen omhoog. Kort daarna verschenen de eerste sporen van eukaryoten in het fossielenarchief. Dat is geen toeval, zo blijkt nu.

Appler is voorzichtig in haar conclusies: “Het is mogelijk dat zuurstof de omgeving vormgaf waarin eukaryoten ontstonden. Ik kijk uit naar verdere gesprekken met geologen terwijl we de omgevingscontext van deze cruciale evolutionaire stap verder ontrafelen.”

Wat mogen we hier wel en niet uit concluderen?

De studie lost misschien een belangrijk raadsel op, maar Appler zegt wel dat voorzichtigheid geboden blijft. “Het is belangrijk te benadrukken dat het om moderne nakomelingen gaat en dat wij als wetenschappelijke gemeenschap proberen een gebeurtenis te reconstrueren die miljarden jaren geleden plaatsvond.” En dat vergt de nodige bescheidenheid.

We schreven vaker over dit onderwerp, lees bijvoorbeeld ook Eerste meercellige dieren ontstonden heel anders dan gedacht en Stokoude biologische sporen onthullen vroegste leven op aarde meer dan 3 miljard jaar geleden. Of lees dit artikel: Hoe nagemaakt ruimtepuin ons iets vertelt over het ontstaan van het leven op aarde.

Uitgelezen? Luister ook eens naar de Scientias Podcast: