Ontdekking van lignine in alg verschaft inzicht in ontstaan landplanten

De koraalachtige alg 'Calliarthron' in de wateren voor de kust van Californië. (foto californiadiveboats.com)
De koraalachtige alg 'Calliarthron' in de wateren voor de kust van Californië. (foto californiadiveboats.com)

Lignine, een chemisch bestanddeel van hout, komt niet alleen voor in landplanten, maar ook in zeealgen. Dat hebben Amerikaanse botanici en moleculair biologen aangetoond. De ontdekking komt als een verrassing. Lignine werd beschouwd als een structurele aanpassing die minder dan 500 miljoen jaar geleden is ontstaan, ter versterking van grote planten. Die moesten op het land rechtop staan, en water transporteren van de wortels naar de bladeren (Current Biology, 27 januari).

De studie van Patrick Martone van het Hopkins Marine Station van de universiteit van Stanford en zijn collega’s laat nu zien dat in water levende planten misschien al meer dan een miljard jaar geleden lignine konden maken. Dat is lang voordat de eerste planten het land koloniseerden.

Alle landplanten zijn ontstaan uit groene algen die in zee leefden. Hieruit zijn mossen ontstaan die mogelijk als eerste het land koloniseerden, en uiteindelijk planten met een vaatstelsel. Hiertoe behoren de bomen en struiken, die speciale cellen ontwikkelden die functioneren als een skelet. Dat biedt de steun die nodig is om buiten het water groot te kunnen groeien. Lignine is een belangrijk bestanddeel van deze cellen.

Martone toonde lignine aan in de celwand van rode algen (Calliarthron cheilosporioides) die voor de kust van Californië leven in woelig water. Rode algen danken hun kleur aan een pigment dat helpt om tot op grotere diepte licht te kunnen gebruiken voor fotosynthese. Bij de Bahama’s is een rode alg ontdekt die leeft op een diepte van 260 meter.

De onderzoekers vermoeden dat de algen in de golven mechanische steun nodig hebben, net als op het land. De algen die in het woeligste water leven, bevatten ook de meeste lignine.

Calliarthron is een koraalachtige alg die zich versterkt met calciumcarbonaat. Buigzame tussenstukken zonder calciumcarbonaat zorgen ervoor dat de plant kan meezwaaien met woelig water, zodat hij niet breekt. Net als in bomen ontstaan in deze verbindingsstukken cellen met een extra versterkte wand die water en voedingstoffen transporteren. De onderzoekers noemen het in hun studie “treffend” dat met lignine versterkte celwanden zijn ontstaan in een alg die zich versterkte met calciumcarbonaat, maar die geen vaatstelsel had om water te transporteren.

In theorie is het ook mogelijk dat lignine in algen en landplanten onafhankelijk van elkaar is ontstaan, maar de onderzoekers achten dat onwaarschijnlijk: de aanmaak van de moleculen waaruit lignine is opgebouwd, is “uitzonderlijk ingewikkeld”. Om zekerheid te krijgen, moeten zij op zoek naar oeroude genen die zowel in algen als in landplanten bewaard zijn gebleven.

Michiel van Nieuwstadt