Nature-onderzoek: complex leven ontwikkelde zich veel eerder dan gedacht

In dit artikel:

Onderzoekers van onder meer de Universiteit van Bristol en het NIOZ publiceren 3 december in Nature nieuw bewijs dat de opbouw van complex leven veel vroeger en geleidelijker begon dan tot nu toe werd aangenomen. Analyse van honderden DNA‑reeksen en meer dan honderd genfamilies, gecombineerd met fossiele kalibraties, wijst volgens het team op het begin van de overgang van prokaryoten naar eukaryoten rond 2,9 miljard jaar geleden — bijna een miljard jaar eerder dan sommige eerdere schattingen.

Wie en hoe: het internationale team, met NIOZ‑onderzoeker Anja Spang, gebruikte verfijnde moleculaire klokken en fylogenomica om tijdsgebonden stambomen te maken. Door functies te volgen die typisch zijn voor eukaryotische cellen (bijv. intracellulair transport met blaasjes), reconstrueerden zij stap voor stap wanneer die eigenschappen ontstonden. De studie combineerde paleontologie, moleculaire biologie en computationele modellen om de evolutie van genfamilies in absolute tijd te plaatsen.

Wat nieuw is: in tegenstelling tot gangbare ideeën bleek dat kernachtige structuren en andere interne componenten al veel eerder aanwezig waren dan mitochondriën. Mitochondriën lijken pas later te zijn ontstaan, en die latere verschijning valt samen met de eerste substantiële stijging van zuurstof in de atmosfeer. Dat suggereert dat hoge zuurstofconcentraties geen noodzakelijke voorwaarde waren om complexe cellulaire structuren te ontwikkelen; de voorouderlijke archaea van eukaryoten kon al complexe kenmerken opbouwen in zuurstofarme of -loze oceanen.

Theoretische consequenties: de resultaten maken meerdere bestaande scenario’s voor eukaryogenese onwaarschijnlijk en leiden het team tot een nieuw, op bewijs gebaseerde model dat zij CALM noemen: Complex Archaeon, Late Mitochondrion. Dit model plaatst de opbouw van complexiteit voorafgaand aan de mitochondriale symbiose en koppelt de timing van organelacquisitie aan de geochemische geschiedenis van de aarde.

Waarom het belangrijk is: de studie verkleint de onzekerheid over wanneer complex leven ontstond en herijkt de rol van zuurstof en mitochondriën in die geschiedenis. Daarmee opent het nieuwe puzzelstukken over hoe vroege levensvormen zich aangepast en georganiseerd hebben, en biedt het een kader voor verder onderzoek naar de oorsprong van cellulaire complexiteit.