Op zoek naar de klepel

bij dezen en genen

Tag archief: meiose

Oorsprong van mitose en meiose, een theorie over de evolutie van de eukaryoot en seks

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 in door virus geïnfecteerde cellen.  a of alfa corresponderen met + en - in de tekst

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 geinfecteerde cellen. a en alfa corresponderen met + en - in de tekst

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.

 

Evolutie van sekse in Volvox

Naar aanleiding van een discussie op het evolutieblog van Gert Korthof, waarin opnieuw Joris van Rossum ter sprake kwam, is dit nieuws wel te moeite waard om te signaleren. Joris van Rossum beweerde in zijn proefschrift dat de evolutietheorie of, specifieker, natuurlijke selectie het ontstaan van sekse niet kon verklaren. Als je over alles dat wetenschappelijk niet verklaarbaar is een proefschrift kunt schrijven dan zou dat heel veel proefschriften opleveren. Het is veel interessanter om te zoeken naar een verklaring van het ontstaan van seks. Omdat seks ofwel de meiose die daarbij hoort grote variatie oplevert is het mogelijk dat dit de rede is waarom seks gehandhaafd blijft (al zijn er organismen die het kenmerk verloren hebben). Van het ontstaan van meiose bestaan natuurlijk uitsluitend theoretische modellen, die erg interessant zijn, en wellicht in een later blogbericht aan de orde komen.

In deze context is het aardig om de ontwikkeling van sekse te bekijken in Volvox. Nu zijn er ééncellige algen die na meiose hun haploïde cellen opnieuw combineren tot diploïde cellen via isogamie: de haploïde geslachtscellen zijn niet van elkaar te onderscheiden en tegenovergestelde seksen worden aangeduid met + en -. In Volvox, een meercellige alg, bestaat daarentegen anisogamie; de geslachtcellen vormen echte ei- en zaadcellen, waarbij de eicel relatief groot en onbeweeglijk is en de zaadcel klein is en zich met flagellen voortbeweegt.

Volvox (hier gevonden)

Volvox (hier gevonden)

Onderzoekers bestuderen Volvox carteri, een prachtige meercellige alg die uit wel 2.000 cellen kan bestaan, al langer omdat ze een sleutel kan vormen tot het onderzoek naar het ontstaan van meercellig leven. Meercellig leven kan zich niet simpelweg delen en moet voor reproductie gebruik maken van seksen. Volvox leeft in zoet water en ontwikkelde zo’n 200 miljoen jaar geleden meercelligheid. In het verleden bestudeerde men reeds de eencellige alg, Chlamydomonas reinhardtii, en vergeleek de genetische opmaak tussen ‘mannetjes’ (-) en ‘vrouwtjes’ (+). C. reinhardtii wordt gekenmerkt door isogamie, waarbij de geslachtscellen aangeduid worden met + en -. Ouder onderzoek stelde reeds vast dat deze geslachtverschillen bepaald worden door het gen MID (van minus dominance; een gen voor een domein van een transcriptiefactor). Is het aanwezig dan is de sekse -, en is het afwezig dan is de sekse +. Men vroeg zich daarop af of en in hoeverre dit gen bepalend zou kunnen zijn voor de anisogamie en plaatste het MID-gen, dat ook in Volvox carteri aanwezig is, in vrouwelijke cellen. In mannetjes werd het gen uitgezet (met knock-out). En inderdaad, het MID-gen maakte mannetjes van de vrouwtjes en de mannetjes zonder MID-gen veranderden in vrouwtjes. Ieder van deze getransformeerde seksen waren in staat zich met succes te reproduceren met ‘gewone’ volvox.

Het gen, dat voor een deel van een transcriptiefactor codeert, is dus niet alleen bepalend voor de simpele ‘polariteit’ van de sexen, maar determineert, via een genetisch netwerk, ook de secondaire karakters van deze ‘polariteit’, namelijk de anisogamie.

Bovenstaande is een recent onderzoek en verklaart op zich niets van het ontstaan van seks, ofwel het ontstaan van meiose. Over dit laatste zijn heel interessante theorieën ontwikkeld waarin bacteriën, archaea en virussen een rol lijken te hebben gespeeld. Dat is eigenlijk waarop men zou moeten scherpstellen, wil je het ontstaan en het behoud van seks kunnen verklaren. Dit onderzoek geeft slechts een beeld van hoe anisogamie bepaald kan worden in deze algen. Meercelligheid is meerdere keren uitgevonden dus anisogamie waarschijnlijk ook.

Uit: Geng S, De Hoff P, Umen JG (2014) Evolution of Sexes from an Ancestral Mating-Type Specification Pathway. PLoS Biol 12(7): e1001904. doi:10.1371/journal.pbio.1001904

 

 

Footnotes to Plato

because all (Western) philosophy consists of a series of footnotes to Plato

Zwervende gedachten

Een filosoof over argumentatie, biologie, handelingstheorie en wat hem verder invalt

mjusicamanti.wordpress.com/

per amanti della vera musica

SangueVivo

Ancora solo un battito in più - blog personale di Paolo Minucci

Scientia Salon

An archived blog about science & philosophy, by Massimo Pigliucci

Infinite forme bellissime e meravigliose

si sono evolute e continuano a evolversi

Meneer Opinie

Altijd een mening, maar niet altijd gehinderd door kennis van zaken

The Cambrian Mammal

An evo-devo geek's scientific meanderings

Why Evolution Is True

Why Evolution is True is a blog written by Jerry Coyne, centered on evolution and biology but also dealing with diverse topics like politics, culture, and cats.

Evolutie blog

bij dezen en genen

The Finch and Pea

A Public House for Science

voelsprieten

* wonder van het alledaagse *

kuifjesimon

Just another WordPress.com site

The Amazing Comics Men

Comics by Dutch cartoonists Jan the Stripman & Wim the Mysterious Helpman

Barbara Jansma

Prenten, spotprenten en schilderijen

Glaswerk

Ongepoetst en uit de hand

%d bloggers liken dit: