Eén gen mogelijk verantwoordelijk voor stap van eencellig naar meercellig leven

De overgang van eencellig leven naar meercellige organismen is wellicht gemakkelijker geweest dan we altijd dachten. Waarschijnlijk zijn er zelfs meerdere manieren waarop de evolutie deze stap kon zetten.

pantoffeldiertjes eten eencellige algen en bacteriën. Foto: Picturepest
Pantoffeldiertjes eten eencellige algen, maar geen meercellige organismen
Foto: Picturepest

De mutatie van een enkel gen, blijkt genoeg om eencellig biergist te veranderen in structuren die bestaan uit meerdere cellen. Bovendien kan bij eencellige algen een behoorlijk snel evolutionair proces naar meercelligheid plaatsvinden. Deze bevindingen versterken het groeiende idee dat de overgang van eencellig naar meercellig in de evolutie niet een zeldzame toevalstreffer was.

Sneeuwvlokvorm

Na het ontstaan van leven op aarde, hebben samengeklonterde cellen het eerste meercellige organisme gevormd. Dit gebeurde waarschijnlijk 2,1 miljard jaar geleden. Uiteindelijk leidden deze eenvoudige organismen tot complexere levensvormen, zoals de mens. Er wordt gedacht dat meercelligheid tenminste 20 keer los van elkaar ontstaan is. Lange tijd was het onbekend of er levensvormen zijn die deze stap de afgelopen miljoen jaar nog hebben gezet. Zonder organisme dat als proefdier kon dienen, was het moeilijk dit deel van de evolutie te bestuderen.

Evolutionair biologen William Ratcliff en Michal Travisano van de universiteit van Minnesota in St. Paul hebben hier verandering in gebracht. In 2011 kregen ze het voor elkaar dat eencellige gist een sneeuwvlokvorm aan nam die uit meerdere cellen bestond. Hiervoor haalden ze snel zinkende gist weg uit een kweek. Omdat gistklompjes sneller zinken dan individuele cellen, haalden de onderzoekers op deze manier de cellen eruit die na de celdeling aan elkaar bleven zitten. Met deze cellen startten ze nieuwe kweekjes op en herhaalden dit proces meerdere keren.

Dochtercellen

Het laatste werk van het team laat zien dat de transformatie van een- naar meercellig, gedreven kan worden door het gen ACE2. Dit gen regelt de scheiding van dochtercellen na celdeling. Omdat de vlokken in een boomachtig patroon groeien, beperken mutaties zich na enige tijd tot losse takken. Wanneer de structuren groter worden, splitsen delen van takken zich af en zoeken hun eigen weg. Op deze manier ontstaan individuen die genetisch van elkaar verschillen. ‘Een enkele mutatie creëert op deze manier verschillende groepen. Dit heeft als bijeffect dat Darwiniaanse  evolutie voor meercelligen mogelijk wordt,’ zegt Ratcliff.

Het team van Ratcliff heeft eerder ook al meercelligheid laten ontstaan in de alg Chlamydomonas, die normaalgesproken als enkele cel leeft. Dit deden ze door cellen uit te zoeken die de neiging hadden om in klompjes aan elkaar te plakken. 

Pantoffeldiertjes

Chlamydomonas komt van nature als eencellige voor Foto: Kristi Yim
Chlamydomonas komt van nature als eencellige voor
Foto: Kristi Yim

Tijdens de evolutie is er natuurlijk niet zo direct gestuurd op meercelligheid. Maar het team van Matt Herron van de universiteit van Montana in Missoula heeft laten zien dat dit ook kan ontstaan door natuurlijke selectie. Zij stelden algen bloot aan pantoffeldiertjes. Pantoffeldiertjes zijn eencellige protozoa die wel eencellige algen eten, maar geen meercellige organismen. Herron zegt dat twee van de vijf experimenten op deze manier binnen een half jaar, of 600 generaties, meercelligheid opleverden.

Door enkel de algen te selecteren, zoals Ratcliff dat deed, ontstonden klompjes aan elkaar gekleefde dochtercellen. Maar met behulp van de predators zag Herron een ander resultaat. De algen vormden predatie-resistente bolvormige eenheden van vier, acht of zestien cellen. Deze waren bijna identiek aan algensoorten die van nature meercellig zijn. ‘Het is waarschijnlijk dat we in het predatie-experiment een herhaling hebben gezien van sommige vroege stappen uit de evolutie,’ zegt Herron.

Scheiding

‘De gist van Ratcliff en de algen van Herron mogen beiden niet als echte meercellige organismen gezien worden. Daarvoor zouden de cellen ook een verschil in taakverdeling moeten hebben,’

zegt Richard Mishod van de universiteit van Arizona in Tucson. Toch vindt hij de experimenten een belangrijke stap. ‘Ze openen nieuwe wegen om dit vraagstuk te benaderen.’

Altijd op de hoogte blijven van het laatste wetenschapsnieuws? Meld je nu aan voor de New Scientist nieuwsbrief. 

Lees ook: 

Plaats een reactie