Een levende zee

Een week geleden was er in Londen een symposium over de oorsprong van het leven. Daar heeft men gedurende een dag gesproken over al het nieuws rond onze laatste gemeenschappelijke voorouder (LUCA = Last Universal Common Ancestor). LUCA wordt in het algemeen gezien als één cel en dan ook nog eens als een enkel exemplaar. Maar het ontstaan van het leven zou wel eens op een heel andere manier gegaan kunnen zijn.

Het mega-organisme: de zee.

Na vele jaren onderzoek is het nog steeds erg moeilijk te bepalen hoe het eerste leven eruit moet hebben gezien. Er zijn geen fossielen van de eerste cellen. Daarom zijn er erg veel verschillende theorieën over. Men ging er vooralsnog van uit dat het om een heel primitieve, eenvoudige cel ging. Er werd daarbij gedacht aan een bacterie. Dat was immers de meest rudimentaire cel die bekend was. Recente studies tonen echter aan dat LUCA reeds een redelijk complexe cel heeft moeten zijn, met eigen organellen. De bacteriën en Archaea zouden daar van afstammen. (Archaea vormen één van de drie domeinen van het leven en zijn net als bacteriën eencellig). Daarbij zouden bacteriën en Archaea een aantal functies of structuren verloren hebben en zo een gestroomlijnde versie van de oorspronkelijke LUCA zijn.

Nu hebben een aantal onderzoekers gekeken naar de stamboom van verschillende eiwitten van uiteenlopende organismen binnen de drie domeinen van het leven ofwel de Archaea, de bacteriën en de eukaryoten (alle planten en dieren zoals wijzelf). Daarbij keken ze naar de driedimensionale structuur van het eiwit in plaats van naar de sequentie. De sequentie kan namelijk enorm veranderen gedurende de evolutie en het is moeilijk daar een stamboom van te maken. Ze konden van zo’n 7 tot 11 % van de eiwitten van 420 organismen bepalen dat deze in al deze organismen voorkomen. Dat betekent dat deze eiwitten ook aanwezig geweest moeten zijn in onze laatste gemeenschappelijke voorouder. Deze eiwitten waren in staat voedingsstoffen af te breken en te assimileren, maar enzymen (katalyserende eiwitten) voor de bouw en het aflezen van het DNA ontbraken.

Als LUCA een cel was dan moet deze ook een membraan gehad hebben. Onderzoekers baseerden zich dit keer op membraaneiwitten om te concluderen dat het een heel simpel membraan moest zijn dat voornamelijk uit isoprenoiden bestond. Deze membranen waren behoorlijk lekkend en veel stoffen bewogen er vrij doorheen. LUCA moet ook organellen gehad hebben aangezien deze in alle drie de domeinen voorkomen.

Aangezien enzymen voor de bouw en het aflezen van DNA ontbraken is het waarschijnlijk dat LUCA geen DNA bezat, maar RNA. Deze laatste macromolecule is erg onstabiel maar er is wel van aangetoond dat deze enzymatische eigenschappen kan hebben. Dit RNA zou op zijn beurt meer kopieën van zichzelf of ander RNA kunnen maken. Er wordt al langer gespeculeerd over een mogelijke RNA-wereld. Dat wil zeggen een wereld waarin RNA de enige molecule was die informatie kon opslaan. De translatie van RNA naar eiwit was niet erg precies en LUCA moet erg slordige kopieer- en translatiemechanismen gehad hebben.

Tot zover LUCA als cel. Het nieuwe aan de gepresenteerde inzichten is dat de primordiale cellen met hun lekkende membranen veel genen en eiwitten uitwisselden. Er bestond als het ware een globale zee aan genetisch materiaal en eiwitten waarvan alle cellen oppikten wat ze nodig hadden, zonder enige vorm van competitie. Deze hele zee was één groot mega-organisme dat overleefde door deze globale distributie van alle benodigde moleculen: een levende zee.

Pas nadat de rudimentaire cellen alles zelf konden produceren waren ze in staat los van de gemeenschap te leven. Dit laatste is ongeveer wat er zo’n 2,9 miljard jaar geleden gebeurd moet zijn ; een moment in de evolutie van het leven dat overeenkwam met het verschijnen van de eerste zuurstof.

Uit NewScientist.

Met dank aan Rob van der Vlugt.

Ardi, Lucy en Eva

Vandaag werden in Science alle onderzoeken gepubliceerd over Ardi, een mogelijke voorouder van de mens, die zo’n 4,4 miljoen jaar geleden geleefd zou hebben, en waarvan de botresten in 1994 in Ethiopië gevonden zijn. Het moet wel heel degelijk onderzoek zijn als daar ruim vijftien jaar aan gewerkt is. Het brengt ons zo’n 2 miljoen jaar verder terug ten opzichte van Lucy en dus dichter bij de tijd waarin de gemeenschappelijke voorouder van de mens en de chimpansee geleefd moet hebben.

Dit belangrijke nieuws wordt in alle kranten vermeld en men kan ook op Science vrij

Van internet: Mitochondriale Eva

toegang krijgen tot een aantal artikelen. Voor mij is het hier slechts een aanleiding om over iets anders te schrijven: de mitochondriale Eva. Dit is een interessant concept waarvan onderstreept moet worden dat het niets te maken heeft met dit soort vondsten, behalve dat ook deze Eva in Africa geleefd moet hebben, en dat ze veel jonger is.

Het concept van deze Eva is dus gebaseerd op de mitochondriën. Dit celorganel bevindt zich samen met andere organellen in het citoplasma van een cel. Het is verantwoordelijk voor de productie van energie ten behoeve van de verschillende celfuncties. Ook heeft dit mitochondrion en eigen genoom en er wordt dan ook verondersteld dat het mitochondrion voortgekomen is uit endosymbiose. Elke cel in ons lichaam heeft meerdere mitochondriën en in sommige cellen, zoals spiercellen, die veel energie verbruiken, zijn er bijzonder veel mitochondriën vaak met speciale vormen. Bij celdelingen worden deze mitochondriën over de dochtercellen verspreid en kunnen zich daar op hun beurt ook weer delen.

Van internet: afstammingslijn

De eicel bevat ook mitochondriën in haar cytoplasma, maar de zaadcellen niet. Wordt deze cel bevrucht door een spermatozoön, dan voegt de laatste zijn (haploïde) genoom toe aan dat van de eicel. De zo ontstane zygote bevat dus alleen mitochondriën van de eicel ofwel van de vrouw. De kinderen van deze vrouw hebben allemaal mitochondriën met bijbehorend DNA van hun moeder geërfd. Op basis hiervan is het mogelijk een directe genetische lijn te trekken van dochter/(zoon) naar moeder, overgrootmoeder, betovergrootmoeder enz. Door deze kenmerken van overerving van dit genoom is het mogelijk te stellen dat alle huidig levende mensen uit één moeder voortkomen. In de figuur kan dit principe gelezen worden: ga je van onderaf (alle huidig levende mensen) steeds een generatie terug (volg paars) dan kom je uiteindelijk bovenaan uit bij één vrouw: de mitochondriale Eva. (Iedere diersoort heeft zijn mitochondriale Eva.)

Deze Eva leefde niet alléén (of met een Adam), maar leefde in een min of meer grote populatie. Er wordt geschat dat ze zo’n 150.000 tot 250.000 jaar geleden leefde. Deze schattingen baseren zich o.a. op stambomen van het mitochondriaal genoom en de mutatiesnelheid van dit type genoom (mitochondrial clock). De afstammingslijnen van al haar tijdgenoten zijn dus afgebroken. Alleen háár nazaten leven nu nog.

P.S. Hetzelfde verhaal gaat op voor het Y-chromosoom, waaruit de Y-chromosomale Adam afgeleid kan worden. Deze is wel veel jonger dan Eva.