ľ�ϸ���Ӱ��

Complexere levensvormen, waaronder wij mensen, zijn waarschijnlijk geëvolueerd uit een symbiose tussen bacteriën en een ander eencellig organisme, de zogenaamde Archaea. Er was echter nog geen bewijs van de periode waarin deze symbiose heeft plaatsgevonden. Tot nu: in de diepe wateren van de Zwarte Zee vonden wetenschappers van de Universiteit Utrecht, het NIOZ en de Radboud Universiteit microben die mogelijk de onverwachte ontbrekende schakel vormen in de evolutie van het leven. De resultaten werden gepubliceerd in het prestigieuze ISME Journal.

Interessante biomarkers

Cellen zijn omgeven door een laag membraanlipiden die hen beschermen tegen veranderingen in hun omgeving, zoals temperatuur, op dezelfde manier als onze huid verandert als we het koud hebben of aan de zon worden blootgesteld. Dr. Laura Villanueva, universitair hoofddocent aan de UU, onderzoeker bij het NIOZ, en hoofdauteur van de studie, legt uit waarom cellen zulke interessante biomarkers vormen. “Wanneer een cel sterft, blijven deze lipiden behouden als fossielen. Die fossielen bevatten oeroude informatie over hoe verschillende milieuomstandigheden er vroeger op aarde uitzagen.”

In de evolutionaire tree of life kan je kleine en eenvoudige cellen (bacteriën en archaea) vinden, en meer complexe cellen (eukaryoten), waaronder dieren en mensen. Bacteriën en eukaryoten hebben een vergelijkbaar celmembraan. Archaea hebben juist een heel ander membraan, ontstaan om te overleven in extreme milieuomstandigheden. “Dit verschil in membranen tussen bacteriën en eukaryoten enerzijds en Archaea anderzijds, is waarschijnlijk ontstaan nadat bacteriën en Archaea afgesplitst zijn in de evolutie van de laatste universele cellulaire voorouder,” vertelt Villanueva.

Ontbrekend puzzelstuk verborgen in de diepe Zwarte Zee

De leidende theorie is dat eukaryoten zijn geëvolueerd uit een symbiose tussen Archaea-cellen en bacteriële cellen. Maar hoe werkt dit als hun membranen zo verschillend zijn, en geen gemeenschappelijke afkomst delen? “Om het ontstaan ​​van complexere levensvormen te verklaren, moet het membraan van Archaea-cellen zijn overgeschakeld naar een bacterieel membraan. Zo'n omschakeling had waarschijnlijk een overgangsperiode nodig waarin de twee membraantypen werden gemengd,” zegt Villanueva. Er waren echter nog nooit zulke gemengde lipidenmembranen gevonden in microben. Totdat het team van Villanueva een onverwachte ontdekking deed in de diepe wateren van de Zwarte Zee.

“We hebben mogelijk een ontbrekend stukje van deze puzzel in de Zwarte Zee gevonden,” zegt Villanueva. “Hier gedijt een grote groep bacteriën in de diepzee, zonder zuurstof en met een hoge sulfideconcentratie. We ontdekten dat het genetisch materiaal van deze groep niet alleen genen voor bacteriële membraanlipiden bevat, maar ook membraanlipiden voor Archaea-cellen.”

Deze bijzondere ontdekking werd ook gevonden in het genetisch materiaal van andere, nauw verwante bacteriën. Dit ondersteunt de theorie dat organismen ooit ‘gemengde’ membranen konden maken. Deze ontdekking werpt een nieuw licht op de evolutie van alle cellulaire levensvormen, en kan belangrijke gevolgen hebben voor de interpretatie van lipidenfossielen van Archaea-cellen in het geologische archief en in paleoklimaatreconstructies.

Publicatie

Villanueva, L., von Meijenfeldt, F.A.B., Westbye, A.B., Yadav, S., Hopmans, E.C., Dutilh, B.E., Sinninge Damsté, J.S.  ISME J (2020). Bridging the membrane lipid divide: bacteria of the FCB group superphylum have the potential to synthesize archaeal ether lipids. ISME J (2020).