NGV-Geonieuws 184 artikel 1227

NGV-Geonieuws: elektronisch geologisch tijdschrift


Oktober 2011, jaargang 13 nr. 10 artikel 1227

Redactie: George Brouwers tot en met artikel 1023 en vanaf 1024 dr.W.M.L.(Willem) Schuurman

Dit artikel is onderdeel van NGV-Geonieuws uitgave 184! Op de huidige pagina is alleen artikel 1227 te lezen.

<< Vorig artikel: 1226 | Volgend artikel: 1228 >>

1227 LUCA was al complex
Auteur: prof. dr. A.J. (Tom) van Loon, AMU, Poznan

Klik hier voor alle artikelen over Biologie & Evolutie !     Klik hier om dit artikel af te drukken !

Alle levende wezens stammen, als je maar ver genoeg terug gaat in de tijd, af van een gezamenlijke voorouder. Die wordt gewoonlijk de ‘Last Universal Common Ancestor’ (LUCA) genoemd (zie Geonieuws 600). LUCA moet uiteraard iets heel primitiefs zijn geweest; tenslotte begonnen verschillende vormen van primitief leven zich al heel vroeg in de aardgeschiedenis van elkaar af te scheiden. Gewoonlijk werd aangenomen dat LUCA eigenlijk niet veel meer was dan een soort aggregaat van ‘organische’ moleculen, zonder veel structuur. Er zijn nu echter aanwijzingen gevonden dat LUCA veel complexer was, en zelfs al een cel vormde. Binnen deze cel bevond zich een zogeheten organel dat voorkomt in alle drie hoofdgroepen van organismen: de eencellige bacteriën, de eencellige Archaea en de groep waartoe alle andere eencellige en meercellige organismen, inclusief planten en dieren, behoren.


De (schematische) stamboom van het leven.


Halobacteria sp., een zoutminnende
vertegenwoordiger van de Archaea.


LUCA moet nog eencellig zijn geweest omdat meercellige organismen een ‘fabriekje’ buiten de cel nodig hebben, en dit ‘fabriekje’ ontstond pas bij de eukarioten, meercellige organismen (inclusief planten en dieren) die binnen hun cellen bepaalde structuren bevatten; deze eukarioten ontwikkelden zich pas relatief laat. Mogelijk heeft de eencellige LUCA er min of meer uitgezien als de huidige Archaea, denkt Manfredo Seufferfeld, de onderzoeksleider. Archaea zijn organismen die enige gelijkenis vertonen met bacteriën maar genetisch daarvan duidelijk verschillen.

De nieuwe ideeën over LUCA vloeien voort uit onderzoek naar een aspect van de cellen van micro-organismen dat tot nu toe nauwelijks aandacht kreeg: een gebiedje in die cellen met een hoge concentratie van polyfosfaat. Deze gebiedjes spelen een rol bij de energie-opwekking. Uit genetische analyse bleek dat deze gebiedjes de oudste organellen vormen die in alle organismen voorkomen; dat was een verrassende uitkomst, want tot nu werd - bij gebrek aan betere informatie - aangenomen dat bacteriën en Archaea niet een dergelijk organel bezitten. LUCA moet dus hebben bestaan voordat de bacteriën, Archaea en andere organismen zich van elkaar afsplitsten.

De onderzoekers vermoeden dat LUCA dit organel al vroeg in de evolutie ontwikkelde, omdat dit kon dienen als opslagplaats voor energie. Ze vormden als het ware de voorlopers van mitochondriën, de organismen die nu in hogere organismen als ‘energiefabriekjes’ binnen de cel functioneren, en die zich konden ontwikkelen nadat de aarde een zuurstofrijke atmosfeer kreeg.

Het lijkt erop dat LUCA ongeveer 3,8 miljard jaar geleden ontstond. Levensvormen die zich mogelijk voor die tijd hadden ontwikkeld, lijken - als ze al hebben bestaan - de competitie met LUCA en diens nazaten te hebben verloren. Omdat levensvormen zoals wij die kennen zijn gebaseerd op DNA, dat op zich weer is gebaseerd op RNA, en omdat RNA niet bestand is tegen hoge temperaturen (zie Geonieuws 1220), moet LUCA geleefd hebben in een milieu waarvan de temperatuur niet hoger werd dan ca. 50 graden. Dat betekent dat LUCA, in tegenstelling tot wat vaak wordt aangenomen, niet kan zijn ontstaan als een thermofiel organisme, bijv. in het hete water van onderzeese vulkanen (vgl. Geonieuws 1052). Bij welke temperatuur LUCA leefde, is (nog?) niet te zeggen, maar de omstandigheden hebben LUCA waarschijnlijk in staat gesteld om efficiënt eiwitten aan te maken. Dat maakte het mogelijk om zichzelf sneller (via RNA) te repliceren, en omdat er bij die replicatie wel eens iets ‘mis ging’, konden zich vanuit LUCA diverse verschillende groepen organismen afscheiden.


Escherichia coli, de bekende coli-bacterie.


Onderzoekers (v.l.n.r.) Whitfield, Anollés
en Seufferheld.


Referenties:
  • Seufferheld, M.J., Kim, K.M., Whitfield, J., Valerio, A. & Caetano-Anollés, G., 2011. Evolution of vacuolar proton pyrophosphatase domains and volutin granules: clues into the early evolutionary origin of the acidocalcisomes. Biology Direct 6, doi:10.1186/1745-6150-6-50.

Foto’s: Halobacteria: NASA; Escherichia: National Institute of Health; onderzoekers: Brian Stauffer.


Copyright © NGV 1999-2017
webmaster@geologischevereniging.nl