Nauwst verwante voorlopers van complexe cellen opgespoord in rivieren en zeeën

Evolutie Een Zweedse groep onder leiding van de Nederlandse bioloog Thijs Ettema is de ontbrekende schakel tussen micro-organismen en complexere cellen op het spoor.

Warmwaterbron in de Atlantische Oceaan, een van de vindplaatsen van de archaea-groep ‘Loki’. Foto R.B. Pedersen, University of Bergen.

Een sleutelscène uit het verre verleden van het leven is het verschijnen van complexe cellen, waaruit uiteindelijk alle schimmels, planten en dieren ontstonden. De hoofdrolspelers van die grote stap in de evolutie krijgen langzaamaan een gezicht. Een groep biologen van de Universiteit van Uppsala beschreef hun naaste familieleden donderdag in Nature.

Complexe cellen met een celkern (‘eukaryoten’) verschenen 2 miljard jaar geleden plotseling op het toneel. Ze zijn in allerlei opzichten ingewikkelder dan de cellen van micro-organismen die de aarde tot dan toe voor zichzelf hadden.

Van de overgangsvormen – missing links – tussen micro-organismen en eukaryoten ontbrak lang ieder spoor. De Zweedse groep, onder leiding van de Nederlandse bioloog Thijs Ettema, ontdekt echter steeds meer micro-organismen die eigenschappen bezitten die aan eukaryoten voorbehouden leken.

In mei 2015 beschreef hij de eerste twee van deze organismen in Nature; deze week voegt hij er ruim vijftig aan toe. De groep eukaryoot-achtige micro-organismen blijkt diverser dan gedacht. En, een praktisch voordeel, ze zijn ook gemakkelijker te vinden: niet alleen in de diepzee, maar ook in meren, rivieren en ondiepe zeeën.

Ettema’s team noemt die groep de ‘Asgard-archaea’. Archaea zijn micro-organismen die onder de microscoop precies op bacteriën lijken. Maar chemisch en genetisch zijn ze compleet anders. Tot 2 miljard jaar geleden leefden er dus twee typen organismen: de bacteriën en de archaea. Daarna kwamen daar de eukaryoten bij.

Modern genetisch onderzoek wijst erop dat eukaryote cellen zijn geëvolueerd uit archaea. Bacteriën leverden wel een belangrijke bijdrage: de mitochondriën, de ‘energiecentrales’ van cellen met een kern, zijn uit bacteriën ontstaan.

De publicaties van Ettema’s team gaan over de overgang tussen archaea en eukaryoten. Op zeven plaatsen op aarde, allemaal kletsnat en verstoken van zuurstof, vonden ze het DNA van afwijkende archaea.

Dat DNA bewijst dat de Asgard-groep van alle bekende archaea het dichtst bij de eukaryoten staat. Bovendien zijn in dat DNA eigenschappen te zien die tot nog toe aan cellen-met-kern zijn voorbehouden. Misschien hebben de archaea een systeem om eiwitten te vervoeren, kunnen ze transportblaasjes maken, of kunnen ze hun cellen vervormen.

Zeker is dat niet, want het is na twee jaar nog altijd niet gelukt om die cellen te kweken of zelfs maar te isoleren. Ettema: „Het wil niet zeggen dat die ‘eukaryote’ genen in deze archaea dezelfde functies hebben.”

Het team vond vier groepen Asgard-archaea, en noemde ze naar de goden Loki, Thor, Heimdall en Odin uit de Noordse mythologie. Asgard is hierin de godenwereld. „Een belangrijk experiment wordt nu om die cellen te pakken te krijgen, en ze te kweken.”