De gemeenschappelijke voorouder van twee van de drie domeinen van het leven – bacteriën en archaea – had een instabiel celmembraan. Zo luidde althans een hypothese. Nu hebben onderzoekers van de Rijksuniversiteit Groningen (RUG) en de Wageningen Universiteit deze voorouder nagemaakt. Tot hun verrassing blijkt de cel juist zeer stabiel.
De eerste cellen op aarde ontstonden miljarden jaren geleden. Daaruit ontstond het leven zoals wij dat nu kennen. Dat leven wordt in de biologie onderverdeeld in drie domeinen: de Eukaryoten, waartoe alle dieren en planten behoren, de bacteriën en de Archaea, ook wel oerbacteriën genoemd.
LUCA
Er zijn verschillende ideeën over hoe die drie domeinen ontstonden uit de eerste cellen. Het lijkt waarschijnlijk dat de bacteriën en archaea evolueerden uit een gemeenschappelijk voorouder genaamd LUCA (Last Universal Common Ancestor of laatste universele gemeenschappelijke voorouder). Volgens een hypothese ontstonden die twee domeinen doordat LUCA een celmembraan had dat niet stabiel was.
Frans de Waal (1948-2024): ‘Zo speciaal zijn wij mensen niet’
Primatoloog Frans de Waal is op 14 maart 2024 overleden. In juni 2019 interviewde New Scientist De Waal. De les die hij meegaf: ‘zo speciaal zijn wi ...
De celmembraan scheidt de binnenkant van de cel van de buitenkant en bestaat grotendeels uit een soort vetten: lipiden. De celmembranen van bacteriën en archaea hebben ongeveer dezelfde structuur, maar ze bestaan uit verschillende soorten fosfolipiden. ‘Hun fosfolipiden zijn chemisch erg verschillend terwijl ze ook nog elkaar spiegelbeelden zijn’, zegt Arnold Driessen, hoogleraar moleculaire microbiologie aan de RUG.
Splitsing
Volgens de hypothese bestond de celmembraan van LUCA uit een mengsel van beide soorten fosfolipiden. Dat mengsel zou niet stabiel zijn, waardoor LUCA splitste in bacteriën en archaea.
Voor het bestaan van LUCA en die splitsing is echter nooit bewijs gevonden. Daarom besloten de onderzoekers zelf een cel te maken met een gemengd membraan. Dit deden ze door de veelvoorkomende bacterie E. coli genetisch te veranderen zodat hij ook archaea-lipiden ging produceren. Dit kregen ze voor elkaar doordat ze eerder al een ontbrekend enzym uit archaea ontdekt hadden die een belangrijke rol speelt bij de vorming van de lipiden. ‘Verder hebben we de E. coli zo gemodificeerd dat hij veel meer isoprenen ging produceren’, zegt Driessen. ‘Die moleculen zijn in grote hoeveelheden nodig om archaea-lipiden te maken.’
Verrassend robuust
Dankzij die doorbraken lukte het de onderzoekers om 30 procent van de membraanlipiden uit archaea-lipiden te laten bestaan. Eerdere experimenten waren nooit verder gekomen dan 1 procent.
De gemodificeerde bacterie bleek normaal te groeien en stabiel te zijn. Een gemengd membraan is dus geen recept voor instabiliteit. De cellen bleken zelf verrassend robuust te zijn. Ze konden beter tegen hoge temperaturen, butanol en bevriezing.
Het lijkt daarom onwaarschijnlijk dat bacteriën en archaea evolueerden uit LUCA doordat diens celmembraan een instabiel mengsel van lipiden was.
Mis niet langer het laatste wetenschapsnieuws en meld je nu gratis aan voor de nieuwsbrief van New Scientist.
Lees verder: