`Natuurlijke selectie is niet alles'

Planten en dieren zijn tijdens de evolutie ontstaan uit innig samenwerkende bacteriën. Iedereen die waagt die theorie tegen te spreken, krijgt er stevig van langs van biologe Lynn Margulis.

De tijd heeft de Amerikaanse microbiologe Lynn Margulis (63) zachtaardiger gemaakt. Nog steeds reageert zij beslist en resoluut, maar de scherpere kantjes zijn er af. In het Amsterdamse Doelenhotel waar zij logeert, zit zij met zoon Dorion en kleinzoon Tonio in de bar een biertje te drinken. Dat zij een interviewafspraak heeft, is zij vergeten. Maar ja, nu de journalist er toch is, kan het wel even. Onverstoord door de luid schallende geluidsbox vlak boven haar hoofd doet zij haar verhaal, wel even onderbroken door het eten van een portie falafel. ``De beste die ik ooit geproefd heb!'' Zoon Dorion probeert af en toe Tonio te vermaken met een goocheltrucje met munten – zonder veel reactie van zijn tienerzoon.

Margulis heeft gedurende haar wetenschappelijke loopbaan een coherent holistisch beeld van het leven op aarde opgebouwd. Volgens haar put de evolutie zijn grootste dynamiek niet uit concurrentie (vaak verwoord in het beroemde adagium the survival of the fittest) maar uit samenwerking tussen soorten. Ze sloot zich aan bij de Gaia-theorie van James Lovelock, waarin het ecosysteem aarde als een groot zelfregulerend systeem wordt beschouwd.

Margulis schreef in 1981 het veelbesproken boek Symbiosis in cell evolution waarin zij een moderne versie van de seriële endosymbiosetheorie uiteenzette. Volgens deze theorie zijn cellen met een kern (de zogeheten eukaryoten) ontstaan op het moment dat een bacterie een andere opneemt, waarna de opgenomen bacterie onderdeel van de cel gaat uitmaken. In de loop van de evolutie hebben die endosymbioses zich enkele malen achter elkaar voorgedaan. Sommigen van deze opgenomen bacteriën zijn nog herkenbaar als organel in de gastheercel. Zo leven cyanobacteriën nog voort als bladgroenkorrels in algen en plantencellen, en zijn de mitochondriën een overblijfsel van een endosymbiotische proteobacterie. Deze oerbacteriën zijn onlosmakelijke onderdelen van de eukaryote cel geworden, aanwezig in elk dier, elke plant en elke schimmel.

Margulis: ``Met bacteriën is het leven begonnen en uit innig samenwerkende bacteriën zijn alle eukaryote levensvormen ontstaan. Het is fascinerend en toch nog zo weinig bekend. Ik wil deze ondergewaardeerde micro-organismen vertegenwoordigen, die geen vertegenwoordiger hebben.''

De bacteriën hebben in Margulis een goede pleitbezorger, want ondanks de voortdurende kritiek die zij van collega-wetenschappers ontving, houdt zij als een pitbull aan haar overtuiging vast. Zelfs haar werkwijze heeft wel wat weg van een symbiose: over de hele wereld werkt zij samen met gelijkgestemden. Telkens maar weer op zoek naar nieuw onderzoek dat haar theorie ondersteunt. En alles wat zij kan gebruiken, wordt meegenomen. Vorige week was Margulis te gast bij de Koninklijke Nederlandse Akademie van Wetenschappen in Amsterdam als een van de belangrijkste sprekers op een biogeologiecongres over de wisselwerking tussen de levende en niet-levende natuur.

Een paar jaar geleden maakte u de overstap van de faculteit biologie naar de faculteit aardwetenschappen. Wat zit daar achter?

Margulis: ``De biologie werkt voor de farmaceutische industrie, ze werkt aan menselijke gezondheid en aan kanker, dat soort dingen. Daar komt het geld dan ook vandaan. Voor mijn onderzoek is nauwelijks belangstelling meer. Hoe anders is dat bij aardwetenschappen! Daar zijn ze nog geïnteresseerd in de fundamentele wetenschap. Mijn onderzoek valt er veel meer op zijn plek.''

Hoe kwam u op het idee dat er in de evolutie sprake moest zijn van endosymbiose?

``De eer van de ontdekking ervan komt mij niet toe. De Rus Konstatin Merezhchovsky was er al in 1905 op gekomen. Ik studeerde in de jaren zestig genetica en ik ontdekte dat er eigenschappen waren die niet volgens de wetten van Mendel overerfden. Er waren situaties waarin slechts één ouder een bepaald deel van de genen aan het nageslacht levert. Over dat fenomeen bleek al duidelijke wetenschappelijke literatuur te bestaan, vooral Russische plantkundeliteratuur. De Russen beschreven dat de bladgroenkorrels hun genen op die manier overerfden omdat zij endosymbiotisch waren. De endosymbiotische celonderdelen zoals de bladgroenkorrels en de mitochondria worden alleen via de moederlijke lijn aan het nageslacht doorgegeven. Deze literatuur waarin dat voor het eerst beschreven werd is tenminste een generatie lang onderdrukt geweest, en daardoor wist niemand ervan.

``De bladgroenkorrels en de mitochondria waren zeer voor de hand liggende endosymbionten, vanwege hun gedrag bij kruisingen. Maar ik bestudeerde ook de genetica van ciliaten (eencelligen met een zweepstaart), en het werd me duidelijk dat als endosymbiose opging voor de bladgroenkorrels en voor de mitochondria, het ook zo moest zijn voor de ciliaten. Zij moeten zijn ontstaan uit endosymbiose van een spirocheet, een kurkentrekkervormige bacterie, met een eukaryoot, een cel met een kern. Dat is nog omstreden: veel mensen zijn het er niet mee eens.''

Waarom ziet u endosymbiose als zo'n heel centrale kracht in de evolutie?

``Mutaties verfijnen en veranderen eigenschappen, maar het zijn géén grote evolutionaire stappen. Die grote stappen bestaan uit de verwerving en integratie van volledige genomen. Samen met mijn zoon Dorion Sagan heb ik zojuist de laatste hand gelegd aan een boek dat eind april zal verschijnen: Acquiring genomes: a theory of the origin of species. Die theorie bouwt voort op het gedachtengoed van de Canadese microbioloog-arts Sorin Sonea, die in 1980 het boek Nouvelle Bacteriologie schreef. Sonea beweert en ik denk dat ik het met hem eens ben dat er onder bacteriën geen soorten bestaan. Er zijn natuurlijk verschillende typen bacteriën, maar het concept van soorten zoals we dat bijvoorbeeld van maïsplanten of primaten kennen, bestaat daar niet. Dat is onze stelling.

``Bacteriën kennen geen soorten omdat zij allemaal onderling genen uitwisselen, de genen stromen op grote schaal van de ene bacterie naar de andere. Maar vanaf het moment dat door endosymbiose de eukaryote, kernhoudende cel ontstaat, ontstaan er soorten. Kernhoudende eencellige diertjes, de algen en protisten, vormden de eerste soorten in de evolutie.

``Dieren hebben tenminste twee genomen: van de mitochondria, en van de kern. Algen en planten hebben er wel drie, van de mitochondria, de kern en de bladgroenkorrels. Maar bij de insecten wordt het veel ingewikkelder. Sommige kevers, en ook veel andere insecten, herbergen allerlei verschillende endosymbiotische organismen in zogeheten Blochmann bodies in de cel. Als een mannetje en een vrouwtje precies dezelfde dezelfde symbiotische bacterie bij zich dragen, zijn ze vruchtbaar en krijgen ze vruchtbare nakomelingen. Als de ene de symbiont heeft en de ander niet, dan zijn ze onvruchtbaar. Als ze beide de symbiont missen, zijn ze vruchtbaar. Behoren kevers die zich vanwege hun endosymbiotische incompatibiliteit niet kunnen voortplanten dan nog wel tot dezelfde soort? Nee, denk ik. De definitie van soort is dat dieren die vruchtbare nakomelingen kunnen krijgen tot dezelfde soort behoren. Het al of niet bezitten van een bepaalde symbiont bepaalt hier dus of het dier tot de ene of de andere soort behoort.

``Ons nieuwe boek staat vol met dit soort voorbeelden die meestal komen van de uithoeken van de wetenschappelijke literatuur. Als je dat allemaal met elkaar verbindt, kun je opeens veel verklaren. Maar het wordt gemarginaliseerd door de Dawkins-achtige neodarwinisten, die monomaan blijven hameren op het aambeeld van natuurlijke selectie en mutaties.''

Maar welke grote problemen in de evolutietheorie kun je hier dan mee oplossen?

``Het is nu heel duidelijk dat de mensen die symbiotische evolutie voorstelden het bij het rechte eind hadden. De critici van de evolutietheorie hebben namelijk gelijk als ze tegenwerpen dat het onmogelijk is om uit willekeurige mutaties een oog te krijgen. Het fundamentele probleem dat Charles Darwin niet kon oplossen is wat nou toch de bron van evolutionaire innovatie is. Ik beweer dat de Russische botanici en Wallin daar voor het eerst een antwoord op hebben gevonden. De bron is verwerving en genetische integratie van wat begint als externe symbionten. En vanaf dat moment behoren die organismen tot dezelfde soort.

``Darwin kon dat niet weten. Hij wist dat er erfelijke variatie bestond, maar hij wist niet waarop die gebaseerd was. Hij hield het erop dat sommige variaties verdwijnen en andere bewaard blijven en versterkt worden en zo onderdeel worden van de populatie. En dat uit deze opeenstapeling van veranderingen nieuwe soorten ontstaan. Dat klopt. En hij zei dat natuurlijke selectie voortdurend aanwezig is, ook dat klopt. Maar het is slechts de eindredactie van de verandering, en niet de oorzaak.''Maar dat betekent dan toch dat endosymbiose de belangrijkste evolutionaire kracht is?

``Jazeker! Maar, evolutie is een complex proces. En om nu één van de componenten die het veroorzaakt als belangrijkste aan te wijzen is een misvatting. Symbiose kan niet in zijn eentje de evolutie verklaren, maar het is wel de voornaamste bron van de erfelijke variatie. Daarnaast zijn er mutaties die veranderingen teweeg brengen. Maar volkomen willekeurige mutaties geven nooit aanleiding tot het ontstaan van een nieuwe soort. Ze maken varianten binnen een soort.''

Dat endosymbiose vroeg in de evolutie een belangrijke rol heeft gespeeld is duidelijk, maar is het ook later nog even belangrijk?

``Maar natuurlijk! Een voorbeeld: Monsieur Paul Nardon uit Lyon beschreef endosymbiose in de rijstkever Sitophilus oryzae. De belangrijkste endosymbiont in de cellen van dit insect is een zogeheten gamma-proteobacterie. Deze bacterie levert een belangrijke bijdrage aan de synthese van bijvoorbeeld panthotheenzuur, riboflavine en biotine. Nu zul je zeggen: wat heeft dat voor nut? Deze stoffen vergroten de enzymactiviteit van de mitochondria, hetgeen volwassen insecten in staat stelt te vliegen. Rijstkevers zonder deze endosymbiont kunnen nauwelijks vliegen!

``Ivan Wallin zei vijftig jaar geleden al dat het ironisch was dat bacteriën doorgaans alleen worden beschouwd als ziekte-overbrengers, terwijl zij in feite de grootste kracht achter vorming van nieuwe soorten blijken te zijn. Ik had het niet beter kunnen zeggen.''