Op zoek naar 'LUCA' en de evolutie van cellulair leven
NIOZ Koninklijk Nederlands Instituut voor Onderzoek der ZeeHoe deze LUCA er precies uitzag is onbekend, maar het moet een cel zijn geweest met ribosomale eiwitten en een ATP-synthase. "Dat zijn eiwitten die alle bacteriën, archaea en eukaryoten zoals planten en dieren gemeen hebben", zegt Spang. Met behulp van een nieuwe benadering voor moleculaire datering van deze eiwitten, konden de onderzoekers nauwkeuriger het moment schatten waarop LUCA zich opsplitste in bacteriën en archaea, en ook het moment waarop eukaryoten (cellen met een kern) ontstonden.
De wortel van de stamboom
Deze nieuwe datering van de oervorm van al het leven verschilt niet dramatisch van eerdere schattingen. "Dateringen worden immers steeds onzekerder als je dichter bij de wortel van de stamboom van het leven komt", legt co-auteur Tom Williams van de Universiteit van Bristol uit. Een van de échte verrassingen van het onderzoek van Mahendrarajah en collega's bevindt zich hoger op de stam.
"Archaea worden vaak oerbacteriën genoemd," zegt Spang. "Dat zou suggereren dat ze afstammen van een voorouder die ouder is dan die van de huidige bacteriën. Maar met deze verbeterde dateringsmethode zien we dat de voorouder van alle huidige archaea tussen 3,37 en 3,95 miljard jaar geleden leefde. Dit maakt die laatste gemeenschappelijke voorouder van bekende archaea jónger dan die van alle bacteriën, die tussen 4,05 en 4,49 miljard jaar geleden leefde. Dit suggereert dat eerdere archaea na het afsplitsen van LUCA ofwel uitstierven, ofwel ergens verborgen op aarde leven waar we ze nog niet hebben gevonden," veronderstelt Spang.
Wij zijn een mix
De eukaryoten, zoals alle planten en dieren, hadden hun laatste gemeenschappelijke voorouder tussen 1,84 en 1,93 miljard jaar geleden. “Maar dat was geen simpele afsplitsing in de stamboom van het leven”, legt Tara Mahendrarajah uit. "Met LUCA aan de basis, splitst de stamboom zich in een bacteriële en een archeale tak. De eukaryoten ontstonden als een samensmelting van twee takken die afsplitsten van de bacteriële en de archeale tak. Ook wij hebben dus een beetje bacteriën en een beetje archaea in ons."
De natuurlijke geschiedenis begrijpen
"Onze nieuwe schattingen voor de leeftijd van de archeale en bacteriële voorouders van eukaryoten helpen om de modellen over de oorsprong van eukaryoten te verbeteren", zegt Edmund Moody van de Universiteit van Bristol. "Deze nieuwe stamboom van het leven is ook een goed startpunt om uit te zoeken wat die vroege microben deden in hun oude omgevingen en hoe hun evolutie de natuurlijke geschiedenis heeft beïnvloed."
Spang voegt toe: "Dit soort inzichten in de rol van zowel oude als bestaande microben in cyclus van nutriënten op aarde kunnen ook helpen om toekomstige ontwikkelingen in het leven in een veranderende omgeving beter te begrijpen, zoals het leven in een steeds warmer klimaat."
Meer informatie
- Het wetenschappelijke artikel ATP synthase evolution on a cross-braced dated tree of life verscheen vorige week in Nature Communications.
Tekst en foto: NIOZ
Figuur: Tara Mahendrarajah