Reconstructie van een microbiële roofkraak

Een amoebe die 100 miljoen jaar geleden overschakelde op fotosynthese, kidnapte miljarden generaties lang bacteriën uit de omgeving om de eigen genetische huidhouding op orde te houden.

Landplanten en algen zien groen omdat ze aan fotosynthese doen. Hiervoor gebruiken ze bladgroenkorrels (of chloroplasten) die dankzij hun pigmentstof ervoor zorgen dat we de kleur groen al sinds mensenheugenis associëren met de natuur.

De eerste twee miljard van haar bestaan (we zijn nu vier miljard jaar ver) was de aarde helemaal niet groen

Alg maakt aarde groen

Maar tijdens de eerste twee miljard van haar bestaan (we zijn nu vier miljard jaar ver) was de aarde helemaal niet groen. Totdat een voorouder van een alg een cyanobacterie kaapte en ze transformeerde tot een vroege versie van een chloroplast. Cyanobacteriën (of blauwwieren) staan erom bekend dat ze net als planten uit zonlicht en CO₂ energie kunnen halen met als reststof zuurstof.

Kidnapping door amoebe

Maar later in de geschiedenis van het leven op aarde zouden er nog soortgelijke roofkraken plaatsvinden. Zo heeft een team van Amerikaanse en Duitse biologen nu de herhaaldelijke kidnapping gereconstrueerd van een fotosynthetische bacterie door een simpele amoebe – een eencellige die in tegenstelling tot bacteriën wél een celkern bezit. Bijzonder is dat de allereerste microbiële roofkraak zich pas 100 miljoen jaar geleden afspeelde. Uit de reconstructie blijkt alvast één ding: niet alle leven op aarde schakelt even gemakkelijk over op fotosynthese.

Een eeuw geleden al ontdekten Duitse wetenschappers dat de amoebe Paulinella chromatophora, vreemd genoeg, plantencellen aan boord had. Dat zette hen ertoe aan een nieuwe theorie te ontwikkelen over de samensmelting – een vorm van extreme symbiose – van afzonderlijke cellen: de endosymbiontentheorie. De plantencellen die uiteindelijk worden herleid tot chloroplasten bezitten immers DNA en kunnen dus ook als afzonderlijke organismen worden beschouwd.

Maar de theorie had één groot manco: ze kon niet verklaren waarom amoebes zoals Paulinella konden overleven. Als cellen opgesloten zitten in een andere cel kunnen ze immers geen DNA met hun soortgenoten meer uitwisselen, waardoor hun genetische code snel achteruitgaat. Hoe kan het dan dat de amoebes nog altijd werkende chloroplasten hebben?

De onderzoekers zijn verbaasd dat een simpele amoebe miljoenen jaren lang, tijdens miljarden generaties, heeft kunnen overleven door zich als een genadeloze roofmoordenaar te gedragen

Een team van Amerikaanse en Duitse biologen heeft nu een opmerkelijke verklaring gevonden: telkens wanneer een gen in de chloroplasten beschadigd raakte, kidnapte de amoebe gewoon een bacterie uit haar omgeving door ze op te eten en in leven te houden – totdat het defecte gen was vervangen door eenzelfde exemplaar van de bacterie. De onderzoekers zeggen verbaasd te zijn dat een simpele amoebe miljoenen jaren lang, tijdens miljarden generaties, heeft kunnen overleven door zich als een genadeloze roofmoordenaar te gedragen.

Bron: Anna Singer, Heinrich Heine University, Düsseldorf, Duitsland in PNAS