Amerikaanse wetenschappers hebben een belangrijke stap in de evolutiegeschiedenis gereconstrueerd: de vorming van de energiecentrales van de cel, zogeheten mitochondriën.
Deze energiecentrales bevinden zich buiten de celkern, worden omsloten door een membraan en bevatten hun eigen DNA, waardoor het net kleine, zelfstandige organismen zijn. En dat waren het vermoedelijk ook ooit.
Samenwerking leverde nieuwe levensvormen op
Biologen vermoeden dat de voorlopers van mitochondriën bacteriën waren die zo’n 1,5 miljard jaar geleden werden ingevangen in andere cellen. Toen bestond er alleen nog eencellig leven op aarde.
De twee micro-organismen versmolten en gingen een samenwerking aan, die van groot belang zou worden voor het verloop van de evolutie. Deze samenwerking leidde namelijk tot het ontstaan van zogeheten eukaryote cellen, waar alle meercellige levensvormen uit bestaan.
De onderzoekers brachten colibacteriën in in gistcellen en lieten ze 40 generaties lang fungeren als mitochondriën. De pijl wijst naar een colibacterie (paars) in een gistcel.
Wetenschappers van het Scripps Research Institute in Californië, VS hebben dit proces nu nagebootst door colibacteriën in te brengen in gistcellen en een aantal genen van beide organismen zo te manipuleren dat ze afhankelijk van elkaar werden.
Het werd de gistcellen onmogelijk gemaakt om zelf het energiemolecuul ATP te produceren, waardoor ze door de bacteriën van energie moesten worden voorzien. Op hun beurt konden de bacteriën geen vitamine B meer vormen, zodat ze die van hun gastheer moesten krijgen.
Zo wekten de wetenschappers energie op in de cellen:
1. Bacterie kan geen vitamine B maken
Een colibacterie (rood) wordt zodanig genetisch gemodificeerd dat hij geen vitamine B meer kan produceren, en hij krijgt beschermende eiwitten in het celmembraan.
2. Gistcel heeft energietekort
Een gistcel (blauw, groot) wordt ook gemodificeerd, waarna de mitochondriën (met kruisje) buiten werking worden gesteld. De cel kan daardoor niet de energie produceren die hij nodig heeft.
3. Vijanden worden vrienden
De wetenschappers plaatsen de colibacterie in de gistcel. Normaal zou de cel de bacterie afbreken, maar de beschermende eiwitten voorkomen dat de bacterie opgeslokt wordt.
4. Bacterie voorziet gistcel van energie
De colibacterie en de gistcel gaan een samenwerking aan en de gistcel krijgt energie van de bacterie in de vorm van ATP-moleculen (rode bolletjes).
5. Gistcel voorziet bacterie van vitaminen
Dankzij de samenwerking van de gistcel en de colibacterie krijgt de bacterie de vitamine B die hij zelf niet kan vormen (blauwe bolletjes).
6. Symbiose wordt erfelijk
De bacterie en de cel kunnen niet zonder elkaar en vormen nu één organisme. Deze symbiose wordt doorgegeven wanneer de cel zich deelt om nieuwe generaties te maken.
Onze cellen waren ooit verzwakte bacteriën
Het experiment slaagde, en de organismen gingen dezelfde symbiose aan die we vandaag de dag in onze cellen zien. De samenwerking op celniveau werd doorgegeven aan de volgende generaties wanneer de cellen zich deelden.
De proef toont aan dat de voorlopers van onze cellen mogelijk verzwakte bacteriën en primitieve cellen waren die 1,5 miljard jaar geleden het nut van een samenwerking inzagen.
