Na in het voorgaand blog de evolutie van geslachtsverschillen in Volvox bekeken te hebben, botste ik in Wikipedia tegen een verwijzing naar artikelen van Philip John Livingstone Bell aan. Zijn werk is puur theoretisch en behandelt de oorsprong van de eukaryotische cel, van mitose, meiose en dus het ontstaan van seks. Eukaryoten zijn alle cellen en organismen die wij gewoonlijk waarnemen, ze hebben een celkern. Prokaryoten zijn voornamelijk bacteriën. Virussen vormen een apart hoofdstuk, maar lijken een enorm belangrijke zo niet fundamentele rol te hebben gespeeld in het ontstaan van de eukaryotische cel zoals Bell in zijn theorie laat zien.
Een blog biedt eigenlijk niet genoeg ruimte voor een uitgebreide verhandeling van mitose en meiose. Kort gezegd is mitose de celdeling in de eukaryotische cel waarbij de lineaire chromosomen (DNA) eerst verdubbeld en vervolgens eerlijk verdeeld worden over de dochtercellen. De meiose daarentegen bestaat uit twee delingen: een die de chromosomen verdubbelt (waarna er het essentiële fenomeen van crossing –over plaatsvindt waarbij de genen van vaders en moeders kant uitgewisseld worden), en een tweede die zonder verdubbeling van de chromosomen plaatsheeft, waardoor er een zogenaamd gehalveerd genoom ontstaan ofwel haploïde cellen, de geslachtscellen.
Mitose van geïnfecteerde cellen en ‘binary fission’ van niet geïnfecteerde cellen.
Dit ingewikkelde maar vrijwel universele mechanisme (althans voor wat betreft de eukaryoten) is volgens Bell ontstaan uit drie organismen: een virus, een Archaea (een soort oerbacteriën zonder dubbel membraan) en bacteriën. De Archaea, of de voorloper ervan, bood het cytoplasma dat het virus kon infecteren en waar het zijn genetisch materiaal kon deponeren en repliceren met behulp van eigen polymerasen en/of reverse transcriptase en ribosomen of met die van de gastheer. Een bacterie, waarschijnlijk de alfa-proteobacterie, vormde de eerste mitochondriën.
De theorie van Bell stelt dat het virus met zijn RNA of DNA de gastcel infecteerde, waarna het lineaire chromosoom (met centromeer) van dit virus repliceerde en, zodra deze cel fuseerde met een niet geïnfecteerde cel, zich deelde zodat de twee chromosomen zich over de twee dochtercellen verdeelden. Door meerdere infecties met verschillende maar verwante virussen zou het aantal chromosomen toegenomen zijn. Deze proto-eukaryotische, of eigenlijk reeds volwaardige eukaryotische cellen konden daardoor licht verschillen in genetische opmaak (we noemen ze + en – cellen met elk n chromosomen). Hun cellen konden fuseren (lees ‘bevruchten’) en zo een cel voortbrengen met 2n chromosomen. Zodra daar wederom twee celdelingen op volgden hebben we opnieuw twee haploïde cellen + en twee haploïde cellen -. Dit is exact hetzelfde als meiose.
Meiose in geïnfecteerde cellen. a en alfa corresponderen met + en – in de tekst
Dit is een pure theorie die zich echter wel baseert op wat men nu nog terugziet in de tegenwoordige wereld tijdens infectie met het pox-virus. De theorie stelt dus niet alleen dat zowel mitose als meiose een ‘uitvinding’ zou zijn die dankzij de virussen heeft kunnen voorvallen, maar ook dat de celkern van oorsprong vrijwel uitsluitend viraal RNA of DNA bevatte. Op het blog van Gert Korthof is er een levendige discussie over of virussen nu wel of niet als levende organismen moeten worden beschouwd. Patrick Forterre, een gevierd viroloog, is daar een voorstander van en gezien hun mogelijke belang in het ontstaan van mitose en meiose, hebben de virussen wel een speciaal ereplaatsje verdiend.
Uit: Sex and the eukaryotic cell cycle is consistent with a viral ancestry for the eukaryotic nucleus. Philip John Livingstone Bell. Journal of Theoretical Biology 243 (2006) 54–63.
Dit is een pure theorie die zich echter wel baseert op wat men nu nog terugziet in de tegenwoordige wereld
De test van een theorie is kunnen voorspellen.
Marleen, niet specifiek over dit onderwerp, maar over virussen (dat zul je leuk vinden!):
“Viruses are no part of the modern synthesis or more generally the traditional narrative of evolutionary biology. Until very recently, viruses have been viewed primarily as pathogens of animals, plants, and bacteria. Several lines of recent discovery have radically changed this view and promoted viruses to a central position on the stage of evolution. … ”
Dit is niet afkomstig van Forterre, maar Koonin: paragraaf The vast, ancient world of viruses met leuke weetjes over het belang van viruses voor evolutie! Nog een prettige dag verder! Lukt wel he?
Hartelijk dank Gert, een mooi artikel dat ik zeker ga doorkijken. Ik hoef overigens niet echt meer overtuigd te worden over hun centrale rol in evolutie, zie ook mijn eerdere blogs over virussen, maar Koonin is vast de moeite waard. Eens zien of hij net zo duidelijke schrijft als Forterre 😉
Hoe krijg je virus-DNA in een capsid geperst?
Extreme confinement of DNA can be achieved in viruses and bacteriophages (i.e., viruses that infect bacteria). They package their genome to near-crystalline densities in the smallest volume possible—a protein shell called the capsid typically only 50 to 100 nm in its largest dimension. Most double-stranded DNA bacteriophages and many eukaryotic viruses (notably, the herpes virus) use powerful molecular motors to reel in newly replicated viral DNA into empty, preformed capsids. Using the energy of adenosine triphosphate (ATP) hydrolysis, this motor must work against tremendous pressure as high as 2 to 6 megapascals (5, 6). These pressures are believed eventually to drive DNA ejection into new host cells for infection.
een soort jack in the box!
en let op: ATP!
en let op: near-crystalline!
Ultraslow relaxation of confined DNA, Science 25 July 2014
Dankjewel Gert,
Het feit dat er ATP gebruikt wordt suggereert dat virussen niet als zodanig aan de oorsprong van leven gestaan kunnen hebben. Is dat wat je bedoelt?
Mimivirus en pithovirus zijn wel erg groot en vraag me af of voor hen hetzelfde geldt.
Hoe dan ook, interessant gegeven.