5.7: Evolutie van Eukaryoten
Evolutie van Eukaryoten
Onze eigen eukaryote cellen beschermen DNA in chromosomen met een kernmembraan, maken ATP met mitochondriën, bewegen met flagellen (in het geval van zaadcellen), en voeden zich met cellen die ons voedsel maken met bladgroenkorrels. Alle meercellige organismen en de eencellige Protisten delen deze cellulaire complexiteit. Bacteriële (prokaryotische) cellen zijn ordes van grootte kleiner en hebben niets van deze complexiteit. Welke kwantumsprong in de evolutie heeft deze enorme kloof van verschil veroorzaakt?
De eerste eukaryote cellen – cellen met een kern en interne membraan-gebonden organellen – ontwikkelden zich waarschijnlijk ongeveer 2 miljard jaar geleden. Dit wordt verklaard door de endosymbiotische theorie. Zoals de onderstaande figuur laat zien, kwam endosymbiose tot stand toen grote cellen kleine cellen opslokten. De kleine cellen werden niet verteerd door de grote cellen. In plaats daarvan leefden ze binnen de grote cellen en ontwikkelden ze zich tot organellen.
Van onafhankelijke cel tot organel. De endosymbiotische theorie verklaart hoe eukaryote cellen evolueerden.
De grote en kleine cellen vormden een symbiotische relatie waarin beide cellen profiteerden. Sommige van de kleine cellen waren in staat om de afvalstoffen van de grote cel af te breken voor energie. Zij leverden niet alleen energie aan zichzelf, maar ook aan de grote cel. Zij werden de mitochondriën van eukaryote cellen. Andere kleine cellen waren in staat om zonlicht te gebruiken om voedsel te maken. Zij deelden het voedsel met de grote cel. Zij werden de chloroplasten van eukaryote cellen.
Mitochondriën en Chloroplasten
Wat is het bewijs voor deze evolutionaire route? Biochemie en elektronenmicroscopie leveren overtuigende ondersteuning. De mitochondriën en chloroplasten in onze eukaryote cellen delen de volgende kenmerken met prokaryote cellen:
- Hun organel-DNA is kort en cirkelvormig, en de DNA-sequenties komen niet overeen met de DNA-sequenties die in de celkern worden gevonden.
- Moleculen waaruit organelmembranen zijn opgebouwd, lijken op die in prokaryotische membranen – en verschillen van die in eukaryotische membranen.
- Ribosomen in deze organellen lijken op die van bacteriële ribosomen, en verschillen van eukaryotische ribosomen.
- De voortplanting vindt plaats door binaire splijting, niet door mitose.
- Biochemische routes en structuren vertonen nauwere verwantschap met prokaryoten.
- Twee of meer membranen omgeven deze organellen.
Het “gastheer”-celmembraan en de biochemie lijken meer op die van Archaebacteriën, zodat wetenschappers geloven dat eukaryoten directer van die belangrijke groep afstammen (onderstaande figuur). De timing van deze dramatische evolutionaire gebeurtenis (waarschijnlijker is een reeks gebeurtenissen) is niet duidelijk. Het oudste fossiel dat duidelijk verwant is met de moderne eukaryoten is een rode alg die dateert van 1,2 miljard jaar geleden. Veel wetenschappers plaatsen het verschijnen van eukaryote cellen echter op ongeveer 2 miljard jaar. Ergens in het Proterozoïcum zijn dus alle drie de grote groepen van leven – Bacteriën, Archaea en Eukaryoten – ingeburgerd geraakt.
Wat betekent dit allemaal?
Eukaryote cellen, mogelijk gemaakt door endosymbiose, waren krachtig en efficiënt. Die kracht en efficiëntie gaf hen de mogelijkheid om nieuwe eigenschappen te ontwikkelen: meercelligheid, celspecialisatie, en grote afmetingen. Zij waren de sleutel tot de spectaculaire diversiteit van dieren, planten en schimmels die onze wereld vandaag bevolken. Nu we de geschiedenis van het vroege leven afsluiten, moeten we toch nog eens nadenken over de opmerkelijke, maar vaak miskende patronen en processen van de vroege evolutie. Als mensen richten wij onze aandacht vaak op planten en dieren, en negeren wij bacteriën. Onze menselijke zintuigen kunnen de onvoorstelbare verscheidenheid van afzonderlijke cellen, de architectuur van organische moleculen of de ingewikkeldheid van biochemische routes niet rechtstreeks waarnemen. Laat uw studie van de vroege evolutie u een nieuw perspectief geven – een venster op de schoonheid en diversiteit van ongeziene werelden, nu en door de geschiedenis van de aarde heen. Naast de mitochondriën die in je 100 biljoen cellen wonen, bevat je lichaam meer bacteriële cellen dan menselijke cellen. U, de mitochondriën en de bacteriën in uw lichaam delen een gemeenschappelijke voorouder – een ononderbroken geschiedenis van het geschenk van het leven.
De drie grote domeinen van het leven waren 1,5 miljard jaar geleden geëvolueerd. Biochemische overeenkomsten tonen aan dat eukaryoten recentere gemeenschappelijke voorouders hebben met de Archaea, maar onze organellen stammen waarschijnlijk af van bacteriën door endosymbiose.