Wetenschappers hebben in de zoute meren van het Australische Shark Bay een piepklein micro-organisme gevonden dat mogelijk licht werpt op hoe complexe cellen (en uiteindelijk wijzelf) ooit zijn ontstaan.
Zo’n twee miljard jaar geleden gebeurde er iets geks op aarde. Tot dan toe bestonden alle levensvormen uit relatief simpele cellen. Ze bevatten geen celkern of interne orgaantjes. Toen verschenen er ineens cellen die wél al die toeters en bellen hadden: de zogenaamde eukaryoten. Planten, dieren, schimmels en eigenlijk alles wat je met het blote oog kunt zien zijn opgebouwd uit dat type complexe cellen. Hoe die sprong van simpel naar complex precies is gebeurd, is een van de grootste raadsels in de biologie.
Een levend fossiel in de modder
Australische onderzoekers hebben om deze vraag te beantwoorden een bijzonder organisme weten op te kweken uit de dikke, gelaagde bacteriematten van Hamelin Pool in Shark Bay, West-Australië. Bacteriematten zijn lagen van micro-organismen die boven op elkaar groeien en samen een soort slijmerige ’tapijtstructuur’ vormen. De matten op deze locatie lijken heel erg op de oeroude microbiële structuren die miljarden jaren geleden de aarde domineerden.
Het wezentje dat ze vonden heet Nerearchaeum marumarumayae. Het is vernoemd naar de Griekse zeegod Nereus en een woord uit de taal van de Malgana, het inheemse volk van Shark Bay. ‘Marumarumaya’ betekent zoiets als ‘oud thuis’.
Waarom is dit beestje zo bijzonder?
N. marumarumayae behoort tot de Asgard-archaea, een groep micro-organismen die pas in 2015 werd ontdekt en de wetenschappelijke wereld op zijn kop heeft gezet. Deze groep wordt immers gezien als de meest waarschijnlijke voorouder van alle complexe cellen op aarde.
Wat dit specifieke archeon zo speciaal maakt, is dat het een heleboel eiwitten bezit waarvan wetenschappers lang dachten dat alleen complexe cellen die hadden, zoals bouwstenen voor een celskelet en systemen om blaasjes door de cel te vervoeren. Dat zijn functies die je normaal alleen bij planten- en diercellen ziet.
Binnenin troffen ze nog meer verrassingen aan. De cellen bevatten kooivormige structuurtjes die waarschijnlijk ijzer opslaan om de cel te beschermen tegen schadelijke zuurstofverbindingen. Er zijn ook buisvormige structuren waarvan de functie nog onduidelijk is. De cellen lijken bijna op een soort tussenstation tussen een simpele en een complexe cel.
Leestip: Gaan deze bacteriën samen eindelijk de plasticvervuiling aanpakken?
Samen sterker
Het organisme bleek bovendien niet alleen te leven. In de kweek zat steevast een specifieke bacterie mee: Stromatodesulfovibrio nilemahensis, een sulfaatreducerende bacterie. De twee bleven hardnekkig bij elkaar, ongeacht hoe vaak de onderzoekers de cultuur verdunden.
Uit de genoomanalyse bleek meteen waarom: ze hebben elkaar nodig. Het archeon produceert waterstof, acetaat, formiaat en sulfiet als afvalproducten van zijn stofwisseling. Die stoffen kan de bacterie gebruiken als energiebron. Andersom levert de bacterie aminozuren en vitamines die het archeon zelf niet kan maken.
Op de beelden zagen de onderzoekers zelfs dunne buisjes die vanuit de bacterie naar het archeon reiken en er fysiek contact mee maken. Het is de eerste keer dat zo’n directe verbinding tussen een Asgard-archeon en een partner-bacterie in beeld is gebracht.
De geboorte van de complexe cel
Dit alles past in een theorie die al langer de ronde doet: het idee dat complexe cellen zijn ontstaan doordat een archeon en een bacterie zo nauw gingen samenwerken dat de bacterie uiteindelijk in het archeon ging wonen. Die binnenhuisbacterie werd na verloop van tijd de mitochondrie, het energiefabriekje dat in al onze cellen zit. Meer onderzoek is nodig om dit te bevestigen. De studie is gepubliceerd in het vakblad Current Biology.
Uitgelezen? Luister ook eens naar de Scientias Podcast:
