endosymbiose



Endosymbiose:  een heel vroeg samengaan 
Sinds Darwin zijn we bekend met het belangrijkste mechanisme van de evolutie en dit is de natuurlijke selectie van varianten onstaan door mutatie.
Maar aan het begin van de evolutie heeft nog een belangrijk mechanisme gespeeld en dat is Endosymbiose.
Dit is een proces waarbij bepaalde grote oerbacterieën kleine gespecialiseerde bacterievormen opslokten onder vorming van nieuwe en beter aan de omstandigheden aangepaste levensvormen (deze vrij recente en inmiddels wijd aangehangen theorie gaat terug op de ideeen van Lynn Margulis uit1963.)De eerste keer waren het relatief grote, onbeweeglijke bacteriën die een fusie aangingen met bepaalde kleine beweeglijke bacteriën welke al waren uitgerust met zweephaartjes (bv .de voorouders van de huidige Spirochetae). Voor de gastheer betekende dit de mogelijkheid de bewegingsstructuren te gebruiken als bouwelementen voor interne membranen en andere organellen (de naam ‘organel’ wordt gebruikt voor de kleine orgaantjes binnen een cel).Bij een tweede endosymbiotische sprong namen de gastheercellen weer andere kleine gespecialiseerde bacterieën in zich op die het vermogen hadden ontwikkeld in zuurstofomgeving te kunnen leven.
Binnen de gastheer ontpopten ze zich tot wat we nu mitochondriën noemen (de producenten van energiepakketjes in de cel).
De derde keer waren het kleine fotosynthetiserende bacteriëen die door de grote broers werden opgeslorpt.
Ook nu nestelden de gasten zich blijvend in de gastheer met een dramatisch gevolg. De combinatie kon immers voortaan beschikken over het vermogen om fotosynthese te plegen (het proces waarbij onder invloed van licht zuurstof en water worden omgezet in zuurstof en bouwstoffen).
Een nieuw soort organellen, de plastiden,zag zo het licht.
De groene vorm kennen we als de chlorofylkorrels.
De meercellige vormen stonden aan de basis van het hele plantenrijk!

http://www.biofortified.org/2009/11/plastid-engineering/

Chloroplasts, along with leucoplasts, proteinoplasts, elaioplasts, amyloplasts, statoliths, and chromoplasts, belong to a class of organelles known as plastids. The names of these other plastids aren’t important so long as you realize the chloroplast isn’t the only game in town. That’s why the title of this post is “Plastid Engineering” and not “Chloroplast Engineering.”
559px-Plastids_types_cs.svg
• Plastids replicate separately from their host cell, and in any given cell there can be 100 to 1,000 plastids. Moreover, plastids contain multiple copies of their genome (plastome) to the point where a single plant cell may contain 10,000 plastomes.  By contrast, the nuclear genome has only one copy (this is manifestly untrue, but we’re talking orders of magnitude here).
• Plastids behave a lot like prokaryotes. Their genome is circular, their proteins aren’t glycosylated (i.e., have sugars attached to them), and they can process polycistronic mRNA (i.e., more than one protein produced from a single mRNA; most eukaryotic genes are monocistronic).

 Plastiden

  Chloroplast

• Over history, most plastid genes have migrated into the nucleus, even though the protein produced might still accumulate in the plastid. Those proteins are instead brought back to the plastid by a specific targeting sequence. Quite a few genes have been lost from the original cyanbacterial ancestor, leaving only 50 to 200 of the original ~3,000 genes in most plastids today. In scientifically and agriculturally important species, these genes have all been sequenced and characterized.

• Plastids are inherited uniparentally, that is, from one parent and not the other. In most flowering plants, only maternal plastids are passed on. In some species, such as pine trees, paternal transmission in the pollen is the norm.

De bewijsvoering voor de theorie komt vooral uit onderzoek van het erfelijk materiaal.

* De mitochondrien en plastiden hebben in  de kern afwijkend DNA wat eerder overeenkomt met het DNA van hun oervormen.
*De plastiden delen ook onafhankelijk van de kern.
 

Blog EntryMITOCHONDRION http://tsjok45.multiply.com/photos/album/410/Mitochondrion_

Een nieuwe Bacterie-familie  

10 Reacties Posted by Pierra Veneta op februari 17, 2011

In zijn artikel (pdf) over mitochondriën stelt Mark J. Pallen de vraag of deze als bacteriën ingedeeld moeten of kunnen worden. De meeste microbiologen en celbiologen zijn bewust van het feit dat mitochondriën afstammen van endosymbiontische bacteriën en ze kunnen zich daar goed in vinden. Het is daarom een kleine stap mitochondriën als bacteriën te beschouwen. De manier waarop we de wereld beschrijven beïnvloedt immers de manier waarop we erover denken.

cyanobacteria Cyanobacteria

Mitochondriën zijn de energieproducerende organellen van onze cellen. Simpel gesteld bestaat de levende wereld uit of cellen mét mitochondriën of bacteriën (zonder mitochondriën). Reeds in 1890 stelde de Duitse bioloog Richard Altman de term ‘bioplasten’ voor en beschouwde mitochondriën als autonome levensvormen vergelijkbaar met bacteriën.

De taxonomie van alle levensvormen is voortdurend aan aanpassingen onderhevig. Taxonomische groepen zouden alleen geldig moeten zijn als het gaat om monofyletische groepen die uitsluitend bestaan uit de afstammelingen van een enkele gemeenschappelijke voorouder. Vogels worden tegenwoordig als dinosauriërs gezien terwijl vissen (klasse Pisces) en reptielen (klasse Reptilia) geen geldige taxa meer zijn omdat vissen samen met tetrapoden ingedeeld zouden moeten worden en reptielen samen met vogels. Voor de classificeerders betekent dit dat als men het heeft over dinosauriërs er eigenlijk ‘niet-vliegende’ dinosauriërs bedoeld worden.

In de microbiologie worden organismen geclassificeerd naar hun genetische sequentie. Deze manier van classificeren toont aan dat ook de mitochondriën deel uitmaken van het domein bacteriën ofwel dat mitochondriën bacteriën zijn! Ze hebben recht op hun eigen familie: de Mitochondriaceae. Alle menselijke mitochondriën kunnen zo geclassificeerd worden als een enkele soort die Candidatus Mitochondrion lacksi genaamd zou moeten worden naar Henriette Lacks, de meest overvloedige bron van mitochondriën op Aarde.

Als we accepteren dat mitochondriën bacteriën zijn dan moeten de records herschreven worden. Het eerste bacteriële genoom werd niet ontcijferd door Craig Venter in 1995, maar door de Nobelprijswinnaar Fred Sanger die de genetische sequentie van het menselijke mitochondriale genoom in kaart bracht in 1981. De meest succesvolle bacterie op Aarde zouden de mitochondriaceae zijn. Het meest voorkomende menselijke mitochondrion is dat van Henrietta Lacks wiens cellen over de hele wereld gebruikt worden in de verschillende laboratoria.

mitochondrion

Mitochondrion

Het mitochondriale genoom is wel erg klein. Er zijn zelfs mitochondriën die hun hele genoom verloren hebben (mitosomen, hydrogenosomen). Gaat het in deze gevallen om heel ander organismen? Hoe komt het dat mitochondriën geen aanval van het immuunsysteem ondergaan? In werkelijk gebeurt dit wel, namelijk na een trauma aan de weefsels kan er een sepsis syndroom (bloedvergiftiging) ontstaan dat alleszins lijkt op een reactie op een infectie. Mutaties in het genoom van mitochondriën die veroorzaakt worden door vrije radicalen als gevolg van oxidatieve stress dragen bij tot veroudering. Kunnen we wellicht ooit ingrijpen in de enzymen die hier verantwoordelijk voor zijn en het verouderingsproces vertragen? Recente studies toonden aan dat bacteriële conjugatie mogelijk is in het cytoplasma van de cel; het is wellicht mogelijk genetisch materiaal in de mitochondriën te plaatsen via binnendringende E. coli en genetische therapie te bewerkstelligen.

Foto’s  Mitochondrion en Cyanobacteria / Carl Zimmer September 15, 2005  / Part Human, Part Virus/  by Carl Zimmer http://www.corante.com/loom/archives/2005/09/15/part_human_part_virus.php


( Tjeerdo ) Endosymbiose: Wat maakt het aannemelijk!! 

– Mitochondrien en chloroplasten lijken op primitieve bacterien

1. Ringvormig DNA wat los in het binnenste ligt
2. Ze delen zich zelfstandig binnen de eukaryote cel
3. Je kunt geen mitochondrien of chloroplasten maken van het materiaal
wat zich in de cel bevindt
4. Mitochondrien en chloroplasten hebben niet één membraan maar
twee die verschillend zijn van samenstelling

En dat  alles  komt goed overeen met de manier waarop een archea een kleine bacterie opneemt.  ____En dat zou in het begin heel goed een cyanobacterie kunnen zijn geweest.

( Dit alles is ook )een ( goed )  voorbeeld van een veronderstelling die een goed werkbaar model heeft helpen maken

Tegelijkertijd maar vermoedelijk los van deze endosymbiose verkreeg een deel van deze organismen de mogelijkheid om het erfelijk materiaal wat eerder ‘los’ in de cel rondzwierf in een van een membraan voorziene kern op te bergen, waardoor het beter beschermd was tegen UV en andere schadelijke factoren.
We staan dan op de overgang van de Prokaryoten (nog geen kern) naar de Eukaryoten (met kern).
Opmerking ;
Volgens de endosymbiont theorie is  slechts een gedeelte van de genen van de oorspronkelijke symbionten  overgebleven…..
Vormt symbiose de basis van de evolutietheorie ?

Historie:

Wetenschappers geloven dat ongeveer 1,5 miljard jaar geleden eukaryote cellen hun benodigde energie verkregen door een serie relatief inefficiënte reacties, waarbij geen zuurstof nodig was. Zuurstof, dat een afvalproduct van enkele van deze processen was, begon zich langzaam in de atmosfeer op te bouwen. Wetenschappers denken dat tijdens deze periode een primitieve eukaryote cel een primitieve bacterie heeft “verslonden” die het vermogen had gekregen zuurstof te gebruiken om grote hoeveelheden energie te produceren. Over miljoenen jaren begon er een symbiotische relatie te ontstaan tussen de cellen en vandaag de dag hebben alle cellen van planten en dieren organellen die de afstammelingen zijn van deze oorspronkelijke energiefabriekjes. In dierlijke cellen worden deze organellen mitochondri챘n genoemd. Planten hebben naast mitochondri챘n nog een tweede soort energie producerend organel, namelijk de chloroplast.

 

De endosymbiose theorie :

De intracellulaire organisatie van de levende cel , bestaande uit gespecialiseerde organellen, maken complexe levensvormen mogelijk. Het is onbetwistbaar, gezien de getuigenis van vele fossielen, dat eencellige organismen met weinig of geen intracellulaire organisatie eens de aarde domineerden. Bij het begin van het leven (zoals dat gedefinieerd wordt), regeerden blauwgroene algen de planeet. Zij namen echter na 1,6 miljard jaar in hoeveelheid af, doordat ze zuurstof produceerden. Deze zuurstof kon bij een bepaald kritisch punt niet langer meer door de oceanen worden geabsorbeerd en in de atmosfeer begon de concentratie toe te nemen. De blauwgroene algen maakten plaats voor andere celgebaseerde organismen die konden groeien in een zuurstofrijke omgeving. Deze nieuwe organismen markeerden de oorsprong van de eukaryote cel (eukaryoot: een organisme waarvan de cellen een kern bezitten die omgeven is door een kernmembraan), die ongeveer verscheen toen het zuurstofniveau tot ongeveer 3 % van zijn huidige niveau was gestegen. (Crawford and Marsh, 1995, p. 69 ). Hoewel deze algemene chronologie als feit geaccepteerd wordt, bestaat er geen zekerheid over hoe de eukaryote cel op het toneel verscheen en, meer specifiek, hoe de eukaryote mitochondrion op het toneel verscheen.

Darwinisten, of voorstanders van de natuurlijke selectie theorie, zullen argumenteren dat de blauwgroene algen muteerden, waarbij over een periode van miljoenen jaren selectieve gunstige mutaties werden gemaakt, totdat door competitie en selectie een winnende combinatie de algen ( als een andere levensvorm ) in staat stelden te overleven in een zuurstofrijke omgeving. Anderen geloven dat symbiose, en meer specifiek de endosymbiose, het begin van de eukaryote cel was. Deze theorie die voorgestaan wordt door Lynn Margulis in haar boek “Symbiosis in Cell Evolution “ uit 1981 bepleit de volgende chronologie :

  • Blauw-groene algen, later cyanobacteri챘n genoemd, produceerden zuurstof als een bijproduct van de fotosynthese, waarbij de zuurstof in staat werd gesteld zich op te bouwen in de atmosfeer.
  • Naast cyanobacteriën ontwikkelden zich andere bacteriën waarvan sommige aërobe (zuurstof gebruikende) mogelijkheden hadden.
  • Ana챘robe, heterotrofe cellen (proto-eukaryote cellen) namen deze cellen in of verzwolgen deze a챘robe bacteri챘n en ontwikkelden een gezamenlijke nuttige relatie.

Hoe konden beide soorten daar voordeel uit halen? De ingenomen a챘robe bacterie ontving voedsel van de gast, terwijl de gast energie verkreeg door de a챘robe activiteit van de bacterie. Hoewel er vele toepassingen zijn van de symbiose theorie van de cel evolutie, is het onderwerp van deze discussie het ontstaan en de functie van de mitochondri챘n in eukaryote cellen.

In het hierboven gestelde scenario was de a챘robe bacterie die door de ana챘robe bacterie was ingenomen, een proto mitochondrion. Met andere woorden, een organisme dat het mogelijk maakte energie te produceren uit zuurstof. Symbiose, de relatie waarbij beide soorten een gezamenlijk voordeel behalen, zoals hierboven beschreven, wordt door sommigen beschouwd als het proces waarbij mitochondri챘n organellen werden in eukaryote cellen. Voordat we verder gaan graven in het bewijs voor deze theorie, moeten we eerst eens kijken naar de functie en structuur van de mitochondri챘n zoals we die vandaag de dag in onze cellen aantreffen. Mitochondri챘n zijn eukaryote organellen die de oxidatieve ademhaling uitvoeren, de laatste stap in de cellulaire ademhaling. De oxidatieve ademhaling breekt pyruvaat af die in de glycolyse wordt gevormd waarbij kooldioxide wordt gevormd en produceert de grootste hoeveelheid ATP in de cellen. In eukaryote cellen is zuurstof nodig, omdat mitochondri챘n zuurstof gebruiken als de uiteindelijke elektronen acceptor in de elektronen transportketen, die tenslotte resulteert in een protonen gradi챘nt die de ATP synthese aandrijft. Mitochondri챘n zijn in verschillende hoeveelheden aanwezig in verschillende eukaryote cellen. Cellen die veel energie nodig hebben zoals spierweefsel en de lever hebben verhoudingsgewijs meer mitochondri챘n dan bijvoorbeeld cellen die minder energie nodig hebben zoals botweefsel.

 

Foto van een elektronenmicroscopische opname van een mitochondrion (celorganel die de in koolhydraten en vetten aanwezige energie overdraagt aan ATP en zo ter beschikking stelt van energievragende reacties in de cel. Het mitochondrion werd in 1890 geïdentificeerd door Robert Altmann. In 1897 vormde Benda het woord mitochondrion uit ” mito ” (schroefdraad) en ” khandrion ” ( korreltje ), omdat deze organellen onder een lichtmicroscoop op schroefdraadvormige korreltjes lijken.

 

Hoe is een mitochondrion opgebouwd? De kenmerken die we hier bekijken zijn de omvang van het mitochondrion, de membraanstructuur, eiwitstatus en genetische informatie. Mitochondri챘n behoren tot de grootste organellen in eukaryote cellen met een omvang van 0,3-1,0 micrometer tot 5-10 micrometer. Het heeft twee membranen waarvan de binnenste sterk geplooid is en cristae worden genoemd. De cristae zijn het startpunt voor enzymen en elektronendragers (cytochromen) die verantwoordelijk zijn voor elektronentransport en oxidatieve fosforylering.

Vergeleken met alle andere organellen in de cel zijn mitochondri챘n uniek omdat ze hun eigen DNA bevatten, dat wil zeggen gescheiden van het DNA in de celkern. Enkele prote챦nen van het mitochondrion worden door ribosomen in het mitochondrion geproduceerd, overeenkomstig zijn eigen onafhankelijk DNA.

Wat is nu het bewijs die de endosymbiose theorie van het mitochondrion en de eukaryote cel ondersteunt? Enkele van de meest overtuigende bewijzen van de symbiose theorie werden hierboven reeds genoemd. Indien mitochondriën eens vrijlevende bacteriën waren, bestaat de mogelijkheid dat er overblijfselen van hun vroegere conditie zijn overgebleven, ondanks dat ze vandaag de dag organellen zijn. Hieronder zullen we 6 punten bespreken;

  • In het algemeen genomen hebben mitochondri챘n en bacteri챘n dezelfde grootte. Dit kan niet worden gezegd van de andere organellen in de eukaryote cel.
  • Zoals bacteri챘n hebben ook mitochondri챘n dubbele membranen. De samenstelling van de lipiden van de membranen laten geen overeenkomsten zien met het cytoplasma van de eukaryote cel. Indien mitochondri챘n evolueerden binnen een proto eukaryote cel , dan zou men verwachten dat de samenstelling van de membranen uit hetzelfde materiaal opgebouwd zou zijn. Het blijkt echter dat de samenstelling van de mitochondri챘le membranen , wat de samenstelling van lipiden betreft , meer op bacteri챘le membranen lijken. (Margulis, 1981, p. 217).
  • Ook de sterke plooien van de binnenste membraan bepleit voor de symbiose theorie. Volgens Margulis zijn de plooien aanpassingen die als doel het vergroten van de oppervlakte hebben voor de oxidatieve enzymen.; analoog aan de evolutie van mesosomale membranen van vele prokaryote cellen. (Margulis, 1981, p. 208). Verder houden de plooien de verschillende enzymen gescheiden overeenkomstig het gebruik, net als bacteri챘n doen.
  • De mitochondri챘le ribosomale RNA reeks heeft meer weg van bacteri챘n dan van ribosomen in het eukaryote cytoplasma. Bijvoorbeeld: n-formylmethionyl transfer RNA wordt alleen gevonden in mitochondri챘n en bacteri챘n. (Dyer and Obar, 1985, p. 78).
  • Niet alleen bevatten mitochondri챘n hun eigen DNA, maar het is ook cirkelvormig, net als het DNA van bacteri챘n. Verder is de verhouding van guanine-cytosine basenparen in het mitochondri챘le DNA verhoudingsgewijs hoger, net als bacteri챘n, dan dan het DNA in de celkern. (Margulis, 1981, p. 206).
  • Volgens Margulis lijkt de deling van mitochondri챘n meer op de reproductie van bacteri챘n. Zij schrijft : “Genetic recombination in (mitochondria) is far more reminiscent of phage and bacterial sexuality than it is of eukaryotic nuclear sexual behavior” (Margulis, 1981, p. 218).

Meer ondersteunend bewijs voor de symbiose theorie volgt uit het feit dat mitochondri챘le ribosomen vergelijkbare antibiotische gevoeligheden hebben met bacteri챘le ribosomen dan met eukaryote ribosomen.

 

Bijvoorbeeld : cycloheximide blokkeert eukaryote ribosomen door de uitwerking op de overdracht van tRNA, maar het heeft geen uitwerking op mitochondri챘n en bacteri챘n. Aan de ander kant zullen stoffen die de prokaryote synthese blokkeren, maar niet de eukaryote synthese, ook de mitochondri챘le synthese blokkeren, bijvoorbeeld erythromycine en tetracycline (Margulis, 1981, p. 217-218).

De structurele overeenkomsten tussen mitochondriën en bacteriën zijn overweldigend , maar zeker niet afdoende. Velen betwijfelen de mogelijkheid van de symbiose theorie …. Dat er een vrijlevend proto mitochondrion bestond ten tijde van de opbouw van zuurstof in de atmosfeer …, dat het op de een of andere manier een proto eukaryote cel binnendrong…., dat het een partner was in een symbiotische relatie die uiteindelijk resulteerde in een proto mitochondrion, daarbij zijn autonomie aan een grotere cel gevend en de weg vrij makend voor de eukaryote cel….. wordt dit te veel? Omdat evolutie in vele opzichten de historie is van verschillende chemische reacties van de formatie van de aarde tot de biochemische reacties in levende cellen, zullen we de mogelijkheid van de symbiosetheorie eens bekijken.

Ten eerste is het niet ondenkbaar dat vrijlevende a챘robe bacteri챘n die hoge energie moleculen zoals ATP produceren, een relatie aangaan waarbij die energie kan worden gebruikt. Ten tweede moet de productie van al die energie een enorme input van energie hebben vereist. Bijvoorbeeld een voldoende beschikbare en effici챘nte voedselbron. Ten derde, de komst van zuurstof in de atmosfeer, dat een giftig gas was voor de meerderheid van de organismen op dat moment op aarde, vereiste een nieuwe vorm van stofwisseling, gebaseerd op een nieuwe chemie.

 

Tenslotte zouden proto eukaryote cellen die geen mogelijkheid hadden zuurstof in de atmosfeer om te zetten, moeilijk kunnen overleven. De basis voor de symbiose is duidelijk: a챘robe organismen leverden een constante bron van voedsel en fosfolipiden voor zowel de mitochondri챘le membranen als voor bacteri챘n. (Crawford and Marsh, 1995, p. 71-72). Als tegenprestatie stelde de energie die vrijkwam bij de ademhaling van zuurstof, de gast in staat te overleven en zich verder aan te passen aan de nieuwe condities op de aarde.

De symbiosetheorie wordt gestaafd door natuurlijke, geobserveerde voorbeelden van symbiotische relaties.

Bepaalde zeevissen zijn in staat licht te emitteren vanwege de aanwezigheid van lichtgevende bacteri챘n in hun binnenste.

Deze lichtgevende bacteri챘n leven ook vrijelijk in zeewater, maar geven dan geen licht. (Dyer and Obar, 1985, p. 127). Andere voorbeelden van symbiose zijn de relaties tussen verschillende schimmels en cyanobacteri챘n, algen en planten en bacteri챘n en zoogdieren. (Margulis, 1981, p. 165). Hoewel de transformatie van deze symbionten een enorme stap is , als deze al heeft plaatsgevonden, vond deze wel plaats over een periode van miljoenen jaren.

 

Om de hierboven genoemde redenen kan men de theorie dat mitochondri챘n evolueerden uit vrijlevende a챘robe bacteri챘n tot organellen in de eukaryote cel niet negeren. De vraag blijft echter, hoe en uit wat konden proto mitochondri챘n evolueren naast cyanobacteri챘n? Op welke manier drongen de proto mitochondri챘n de grotere a챘robe cel binnen? Konden voorbeelden van vrijlevende proto mitochondri챘n overleven? Bestaan zij of hun nakomelingen vandaag de dag nog? Zijn andere eukaryote organellen ook afgeleid van vrij levende organismen ?

Vanwege de bewijzen kan men de symbiose theorie niet negeren.

http://www.milieumicrobiologie.nl/milieumicrobiologie/nieuws/Nieuws.htm

 

Endosymbiose: een nieuwe visie op evolutie?

http://www.museumkennis.nl/nnm.dossiers/museumkennis/i002035.html

De evolutietheorie staat aan de basis van onze tegenwoordige natuurvisie. Maar de evolutietheorie is nog lang niet voltooid. Onze visie op de evolutie van het leven zou nog eens drastisch kunnen veranderen. Bijvoorbeeld door het werk van de Amerikaanse biologe Lynn Margulis.

Volgens de Amerikaanse biologe Lynn Margulis is het de hoogste tijd om onze visie op evolutie grondig te herzien. De huidige evolutietheorie houdt namelijk nog steeds geen rekening met het verschijnsel endosymbiose, en met de opvallende verwantschap van ons menselijk genoom met dat van bacterieën.

Ook is het volgens haar de hoogste tijd om de evolutiebiologische terminologie eens flink op te schonen; een aantal veelgebruikte begrippen, bepalend voor onze beeldvorming over evolutie, is namelijk inmiddels hopeloos verouderd. Sterker nog, ze staan een juist begrip van evolutie in de weg.

De tweedeling in hogere en lagere organismen bijvoorbeeld, is een erfstuk uit de begintijd van de biologie en stamt uit de denkwereld van Aristoteles.

Vandaag de dag werken deze begrippen alleen nog maar verwarrend want zij gaan voorbij aan het simpele maar wezenlijke feit dat alle levende organismen zonder uitzondering een even lange evolutiegeschiedenis achter zich hebben.

Volgens de schrijfster bestaat er namelijk in evolutionair opzicht geen essentieel verschil tussen mensen en bacteriën. Op de vraag Wanneer begon de evolutie van de mens?, is haar antwoord: Natuurlijk toen al het leven begon, 3,5 miljard jaar geleden!.

Een andere erfenis uit het verleden die we maar beter overboord kunnen gooien, is de aloude beeldspraak van de stamboom van het leven.

Het beeld van een boom met zijtakken die zich steeds verder vertakken, is niet echt van toepassing op de evolutie, zegt Margulis. Toegegeven, de vertakkingen symboliseren het ontstaan van nieuwe soorten en geven  de evolutionaire verwantschap aan. Maar er liggen inmiddels voldoende nieuwe feiten op tafel om de voorrang te geven aan een heel ander metafoor: het anastomoseren,het met elkaar versmelten van takken.

Margulis is van mening dat de metaforen boom en vertakking ons blind maken voor de beslissende rol van symbiose in de evolutie.

 Ik ben ervan overtuigd dat de meeste evolutionaire innovaties het directe gevolg zijn van symbiosis, zo introduceert Margulis het onderwerp dat haar het meest aan het hart ligt: de    Seriële Endosymbiosetheorie.

Endosymbiose

is een speciale vorm van symbiose waarbij de symbiosepartners zich zo nauw met elkaar associëren dat zij hun oorspronkelijke individualiteit verliezen en gezamenlijk een heel nieuw organisme vormen.

Dit nieuwe organisme beschikt over de capaciteiten (lees: genen) van de fusiepartners.

Margulis is ook van mening dat praktisch iedere belangrijke evolutionaire innovatie (inclusief soortvorming), primair berust op endosymbiose: genomen evolueren door zo nu en dan (serieel) wat bacterieel of viraal DNA  te incorporeren.

Tegenwoordig aanvaart men vrij algemeen dat celorganellen zoals mitochondrieën en chloroplasten in evolutionair opzicht endosymbionten zijn, namelijk afstammelingen van vrijlevende kleine bacterieën met een simpele celstructuur (prokaryoten zonder celkern en organellen).

Chloroplasten zouden afstammen van groene, fotosyntetiserende bacterieën en mitochondrieën van aërobe bacterieën.

Zo”n twee of drie miljard jaar geleden zouden zij zich permanent hebben gevestigd in het cytoplasma van bepaalde (grotere) microben.

De bewijsvoering berust voornamelijk op het feit dat mitochondrieën en chloroplasten over eigen DNA beschikken dat volgens DNA-sequentiebepalingen een uitgesproken bacterieel karakter vertoont.

Moderne studieboeken presenteren tegenwoordig de Seriële Endosymbiosetheorie als een plausibel verklaringsmodel voor het ontstaan van eukaryoten.

De endosymbiotische incorporatie van (de voorlopers van) mitochondrieën en chloroplasten wordt dan meestal beschreven als een eenmalige bootstrap die het verdere verloop van de evolutie (van planten en dieren) op gang zou hebben gebracht.

Margulis echter ergert zich blauw aan een dergelijke verwaterde weergave van haar theorie want haar gedachtengang gaat een heel stuk verder.

Eukaryotische cellen beschikken namelijk over meer structuren dan louter mitochondrieën en chloroplasten: centriolen, kinetosomen, flagellen, cilia en last but not least de celkern, maar daarover wordt meestal niet gerept.

Zonder een verklaring voor de herkomst van al deze celbestanddelen is er nog maar weinig opgehelderd over het ontstaan van eukaryotische cellen en de planten en dieren die daaruit zijn voortgekomen, meent de onderzoekster.

Margulis geeft ook toe dat zij voor wat betreft de rol van endosymbiose een tamelijk extremistische positie inneemt, en dat een groot deel van haar theorie volledig op speculatie berust.

Toch is het beeld dat zij oproept fascinerend:

 ons genoom is volgens haar in essentie een patchwork van bacterieel DNA.

*   Elke cel in je lichaam is als een bacterie met daarin andere bacteriën, ooit ingevangen en/of als  parasieten –>symbionten  vergroeit in de toenmalige bacteriënwereld.
*   Die bacteriën ( bijvoorbneeld  mitochondrieen ) in onze cellen vermenigvuldigen zich met vergelijkbare snelheid als bacteriën buiten ons lichaam, die verre verwanten van hen/ons.

* en we onstaan  (als zygote )nog steeds  door de vereniging van twee microsopische  ( bacterie-achtige ) wezens  …

http://sandwalk.blogspot.com/2010/06/on-origin-of-double-membrane-in.html

* Het verschil tussen de eukaryotische en prokaryotische cellen is gelegen in de structuur van de kern.
PROKARYOOT
* Eukaryoten zijn cellenorganismen met een kern omgeven door een kernmembraan.: protisten ,  planten , schimmels en
dieren.
* Prokaryote  micro-organismen (1)  hebben daarentegen al hun genetisch  materiaal ,onverpakt aanwezig   :
dus  nooit  omgeven door een kernmembraan  ….. maar  vrij “zwevend” ( in een enkel ring- chromosoom bij bacterieen ) in het cytoplama van een  protocel  of  “genen” gevangen in een eiwitmantel( kapsel  of enveloppe –> virus  .)
De  Endosymbiontenhypothese zegt dat tijdens de evolutie eukaryoten ontstaan zijn door assimilatie en/of niet- destructieve
Fagocytose van diverse prokaryoten:(2)
In enkele  gevallen is er een symbiotische levensvorm ontstaan, waarbij de ingevangen prokaryoten zich zodanig zijn gaan specialiseren in een bepaalde taak dat ze geheel onderdeel zijn geworden van het groter geheel.
MITOCHONDRIEN (<) zijn rechtstreekse ( bacterieele ) overblijfselen van dit assimilatieproces.
De overgang van de prokaryote naar eukaryote cel bleef in wetenschappelijke kringen zeer lang betwistbaar, maar recente
moleculair genetische technieken hebben toch het een en ander opgehelderd.

Momenteel zijn er zeer sterke aanwijzingen dat de eukaryote cel is ontstaan door opname (Endocytose) van oerbacteriën door een voorloper van de eukaryote cel.

De relatie tussen opgenomen bacterie en gastheer kan gezien worden als een vorm van samenwerking/symbiose (biologische associaties) .

De mitochondriën en chloroplasten die we nu aantreffen, zijn als het ware inwendige symbionten of endosymbionten.
Enkele argumenten die deze hypothese ondersteunen zijn:

*mitochondri챘n(Mitochondrion )en Chloroplasten  (Bladgroenkorrels ) hebben een dubbel membraan

*het binnenmembraan bevat bepaalde moleculen die uniek zijn voor Prokaryoten  het buitenmembraan bevat moleculen die uniek zijn voor membranen vanEukaryoten*de celorganellen hebben circulair DNA (cfr. prokaryoten) dat bovendien naakt is (niet rond histonen( Histon (eiwit))(3)gewonden, cfr. prokaryoten)

*de ribosomen (Ribosoom  )  in deze celorganellen zijn van het prokaryote type (bij alle prokaryoten enerzijds, en eukaryoten anderzijds, vinden we eenzelfde type van ribosomen aan, wel telkens uit twee subunits, maar bestaande uit een typische eiwitketen metkenmerkend moleculair gewicht).

* de biosynthese (o.a. afschrijven DNA en RNA) in de mitochondri챘n en plastiden is analoog als deze van prokaryoten

* de samenstelling van de enzymen in deze celorganellen is zoals bij prokaryoten (cytochroom !).

* mitochondrieën en plastiden kunnen enkel gevormd worden door deling van bestaande.
Eenmaal een cel ze verloren heeft, kunnen ze niet terug aangemaakt worden.
bovendien is deze deling conform prokaryoten (tweedeling).

* er is een amoebe gekend die geen mitochondriën en chloroplasten heeft, maar wel endosymbiontische bacterieën gebruikt.( zie    Jeong)

 De eukaryote cel heeft aanleiding gegeven tot verschillende eukaryote ééncelligen.
Het feit dat sommige ééncelligen noch als plant noch als dier te catalogeren zijn (omdat ze kenmerken vertonen van én dieren én planten), wijst erop dat alle eukaryote planten en dieren éé n gemeenschappelijke voorouder hebben.
(1)
lijsjes   over micro-organismen en   info ;(nederlandse ) wetgeving over “bio hazard “-onderzoek  ;
http://www.fontys.nl/generiek/bronnenbank/sendfile.aspx?id=46962(2) 
Bijvoorbeeld :  door   fusie  van  archeae   en   bacterieen
die eventueel   verder werden aangevuld ( hun genen voorraad verhoogden )  door zich in het  onstane  genoom  “inplakkende ” retro-virus   “shuttle’s”  ?  ( RNA wereld ? ) –
 HGT

zie ook 
http://www.xs4all.nl/~steurh/Evolutie/evolu33.html
http://www.natuurinformatie.nl/nnm.dossiers/natuurdatabase.nl/i002035.html

http://www.kennislink.nl/web/show?id=16368

Michael Groß. Der Ring des Lebens schließt sich.
Spektrum der Wissenschaft, jan. 2005, p. 20-22.

Samenvatting:
De stamboom van de Bacteria, Archeae en Eukaryota blijkt een ringvormige te zijn. De Eukaryoten zijn door fusie van de Bacteria en Archeae (Archebacteriën) ontstaan. Bovendien heeft een horizontale gentransfer plaatsgevonden. Horizontale gentransfer komt nog steeds voor en is  oorzaak voor de steeds verder voortschrijdende antibiotica-resistentie.

Door horizontale genoverdracht is het niet mogelijk een stamboom op basis van genmutatie op te stellen. Men kijkt daarbij naar slechts 챕챕n gen dat in de loop der tijd is veranderd. Des te meer mutaties in het gen tussen twee organismen, des te langer geleden hadden zij een gemeenschappelijke voorouder.
Bekijk je een ander gen, bijv. 챕챕n dat horizontaal is overgedragen, dan vind je uiteraard ook een heel andere stamboom.

De onderzoekers Rivera en Lake hebben nu het gehele genoom van 10 representatieve organismen uit elk der drie primaire rijken met behulp van een nieuwe statistische techniek met elkaar vergeleken. Deze techniek – conditioned reconstruction ‘afhankelijke of voorwaardelijke reconstructie’ – beoordeelt de graad van verwantschap tussen twee soorten organismen op basis van hun gemeenschappelijke genen, zowel binnen als in de drie rijken. Daarbij maakt het niet uit of de soorten zijn ontstaan door normale overerving, door horizontale transfer óf door complete fusie van genoemen.

Bij deze techniek dient één genoom als referentie, het genoom dat als voorwaarde dient, het zgn. conditioning genome. Dit genoom komt in de te bouwen stamboom niet voor. Hierdoor heeft men ook een eenvoudige controle-mogelijkheid door deze techniek op bestaande stambomen te testen.
Rivera en Lake hebben dit uitgeprobeerd aan een serie Prokaryoten waarvan de verwantschap eigenlijk al vaststaat.

Toen Rivera en Lake zich op het nieuwe terrein toelegden en een aantal leden van de drie basisrijken in hun reconstructie betrokken, leverde dat aanvankelijk een reeks klassieke stambomen op. Kanttekening daarbij is dat geen van die stambomen terugging op een gemeenschappelijke wortel. Een diepergaande beschouwing bracht een opmerkelijk feit aan het licht: “De vijf kandidaten met de hoogste betrouwbaarheidsgraad waren niet werkelijk verschillend, maar waren slechts cyclische permutaties van één en hetzelfde basispatroon.
Deze vijf zijn met één enkele, ringvormige (stamboom)structuur uit te beelden (Nature, 9.9.2004 p.152). Deze ringvormige structuur was alleen te bereiken als men de Eukaryoten erbij betrok. Berekeningen zonder de Eukaryoten leidden steeds tot lineaire stambomen.

Kortom: Eukaryoten sluiten de cirkel.

Dit resultaat leidt onze evolutie via de drie oerrijken tot een verbluffend eenvoudige oplossing: “Onze vroegste eukaryotische voorouders zijn ontstaan door genoomfusie van een gewone bacterie met een archebacterie“.

Het lukte Rivera en Lake deze Eencelligen nog nader te preciseren. Het waren blijkbaar een Gamma-Protobacterie (ook E. coli behoort hiertoe) en een Eocyt(een extreem thermofyle Archeae-bacterie).

  

Vergelijking van afzonderlijke genen leidde tot gebruikelijke stambomen zoals links boven. Nam men een ander gen dan leidde dat vaak tot een andere stamboom. Eén van de oorzaken was dat bij bacteriën genen uitgewisseld kunnen worden tussen leden van een van elkaar verschillende soort. De stamboom rechts tracht dit weer te geven. Een nieuwe analysetechniek (onderste stamboom) laat zien dat de Eukaryoten zijn ontstaan door een fusie tussen Bacteriën en Archebacteriën.

Vergelijking van afzonderlijke genen leidde tot gebruikelijke stambomen zoals  hierboven.

Nam men een ander gen dan leidde dat vaak tot een andere stamboom.Eén van de oorzaken was dat bij bacteriën genen uitgewisseld kunnen worden tussen leden van een van elkaar verschillende soort( HGT ) .De stamboom in het midden  tracht dit weer te geven.Een nieuwe analysetechniek (onderste stamboom) laat zien dat de Eukaryoten zijn ontstaan door een fusie tussen Bacterieen en Archebacterieën.

zie ookBlog EntryFYLOGENETICA

<  in het bijzonder  : Larry A. Moran 

Alg woont in bij eencellige aan Japans zandstrand

Sander Voormolen in de NRC van 15 okt 2005 p.51.

Het eencellig micro-organisme Hatena is in zijn levenscyclus afwisselend algeneter en gastheer voor algen. Japanse onderzoekers denken met deze ontdekking een nieuwe endosymbiose te hebben waargenomen, waarbij het ene micro-organisme gaat inwonen in de ander.

Endosymbiose gold altijd als iets dat lang geleden in de evolutie had plaatsgevonden, maar daar brengt het Japanse onderzoek nu verandering in (Science, 14 okt.).

Endosymbiose (zie boven) is een fenomeen waarbij twee micro-organismen samengaan, doordat de één de ander opneemt, maar niet verteert. Op den duur schakelen gast en gastheer hun celcyclus gelijk en wordt het opgenomen micro-organisme een vast onderdeel van de cel.

Planten danken hun bladgroenkorrels aan de endosymbiose met een cyanobacterie.

En de mitochondriën stammen van een endosymbiose met een bacterie. De onderzoekers

Noriko Okamoto en Isao Inouye denken nu getuige te zijn van een beginnende endosymbiose in het microorganisme Hatena, dat zij aantroffen langs het zandstrand van Isonoura nabij Osaka in Japan.Hatena is Japans voor raadselachtig.
De Japanners ontdekten dat een groene Hatena zich bij deling splitste in een kleurloze en een groene dochtercel.
Bij nader onderzoek bleek de groene kleur afkomstig van een endosymbiotische alg.

De symbiont is een groene alg van het geslacht Nephroselmis. Als endosymbiont opgenomen in de Hatena-cel blijkt dat de alg zijn kern, mitochondria en bladgroenkorrel behoudt, maar  dat het zijn zweepstaarten, cytoskelet en binnenmembraan verliest.

In Hatena zwelt de enige bladgroenkorrel van Nephroselmis op tot het tienvoudige formaat, in vergelijking tot de vrijlevende toestand.

Hatena met Nephroselmis gedraagt zich niet langer als algeneter maar schakelt over op een zelfvoorzienende leefwijze via fotosynthese.

Opvallend is daarbij dat de gastheer ook dankbaar gebruik maakt van de lichtgevoelige oogvlek die de alg heeft. Deze ligt altijd op een vaste plaats in de cel, naast de zweepstaart van de gastheercel.

Het gaat in dit geval om secundaire endosymbiose, want de alg heeft namelijk in een eerdere (primaire) endosymbiose zijn bladgroenkorrel verworven.

Volgens de Japanners gaat het hier om een beginnende endosymbiose, omdat gastheer en endosymbiont nog niet volledig één zijn geworden. Dat is een proces dat waarschijnlijk meer tijd vergt en waarbij de twee partners uiteindelijk ook genetisch versmelten.

Een delende groene Hatena zou dan ook in de toekomst twee groene dochtercellen moeten voortbrengen.

De  microbe Hatena is een endosymbiose aangegaan met een alg (links).
Maar als de cel zich deelt erft slechts één dochtercel de alg (rechts
 )

foto van   SCIENCE

 The figure labeled A shows the normal adult Hatena. It has a flagellum, an eyespot (the arrow), and all that green chlorophyll. Turns out, as shown in figure B, the eyespot is inherited by only one daughter cell, as is the green. All that stuff is from a symbiont living within the cell. The DNA in the symbiont shows that it’s a member of the genus Nephroselmis. The free living form of the symbiont has morphological differences from the symbiont, but it’s abundant where the host occurs.

http://jgrr.blogspot.com/2005/10/endosymbiosis-in-process.html

The replicating life-cycle of Hatena. Ref link below.

blogs.scientificamerican.com

http://blogs.scientificamerican.com/lab-rat/2012/01/22/half-plant-half-predator-all-weird/?print=true

ALG  EN ZWEEPSTAART
Japanse onderzoekers ontdekten  een  stap in de evolutie.
Evolutie-theoristen hadden het idee,  dat in een ver verleden sommige van de cellulaire organellen ooit   een apart organisme zijn geweest.
Deze zijn samengesmolten tot één, waarbij de opgenomen cel een specifieke functie gaat vervullen en de ééncellige niet meer alles ‘zelf’ hoefde te doen.
De idee was  zo aannemelijk  en zo goed beargumenteerd, dat deze als mogelijk  kloppend werd geaccepteerd___ en daarbij  kon  er geen  feitelijk bewijs van  het tegengestelde worden    geleverd.  
Bovendien  was er al het  bekende  geval  uit 1966  met de   de amoebes  van  prof Kwang W. Jeon    ( zie hieronder  )
Japanse wetenschappers zijn nu getuige geweest van een eencellige met zweepstaart  , die  een alg (een andere ééncellige) in zich opneemt.
Vervolgens zet deze zweepstaart alle eigen voedselproductie systemen uit en laat deze taak mooi over aan de alg.
Als deze ééncellige mèt alg zich deelt, krijgt één van de  twee  dochtercellen , de alg mee en de ander is alg-loos en gaat direct op jacht naar een eigen alg.
Tot die tijd gebruikt het de eigen voedselvoorziening.
Dit lijkt  een voorbeeld van evolutie in actie  en  “een tussenvorm in de evolutie”  die de gedachte dat  in het verleden samengaan  en samensmelten  van organismen hebben geleid tot efficiëntere organismen,  sterker overeind doet staan.
Onze eigen cellen hoeven niet meer op jacht naar een eigen ‘organel’ om functies over te nemen, deze organellen kunnen onze cellen nu zelf  kompleret  maken.
Het  gevonden zweepstaart organisme   is zo ver nog niet.
(- Gepubliceerd in Scientific American, 14 oktober 2005. )
 

Over de ontdekkingen van prof. Kwang  W Jeon 
http://evolution.berkeley.edu/evolibrary/article/_0/endosymbiosis_01  Het is duidelijk dat de claim van sommige IDC-ers  ( en Peter Scheele )  dat   “er geen “nieuwe” genetische informatie kan onstaan ”   door de endosymbiose- theorie hier  al  voor het eerst doelteffend  is beantwoord

In 1966, microbiologist Kwang Jeon was studying single-celled organisms called amoebae, when his amoebae communities were struck by an unexpected plague: a bacterial infection. Literally thousands of the tiny invaders — named x-bacteria by Jeon — squeezed inside each amoeba cell, causing the cell to become dangerously sick. Only a few amoebae survived the epidemic.

Amoeba

The blob-like form of an amoeba

However, several months later, the few surviving amoebae and their descendents seemed to be unexpectedly healthy. Had the amoebae finally managed to fight off the x-bacterial infection? Jeon and his colleagues were surprised to find that the answer was no — the x-bacteria were still thriving inside their amoebae hosts, but they no longer made the amoebae sick. There were more surprises when Jeon used antibiotics to kill the bacteria inside an amoeba — the host amoeba also died! The amoebae could no longer live without their former attackers. Jeon discovered that this was because the bacteria make a protein that the amoebae need to survive. The nature of the relationship between the two species had changed entirely: from attack and defense to cooperation.

 prof Kwang-Jeon
Al lang kan men sommige evolutie-stadia  in veel laboratoria waarnemen/bestuderen en sturen/manipuleren.
Reeds tientallen jaren geleden heeft de Brits-Koreaanse bioloog  prof Kwang-Jeon met een beroemde, vaak herhaalde reeks experimenten tegelijk twee wezenlijke evolutionaire stappen in het laboratorium (als mogelijk) aangetoond /nagebootst :
Niet alleen de vorming van/of het  ontstaan van  nieuwe (amoebe)soorten ….
maar ook iets nog fundamentelers, namelijk de versmelting/samengaan(endosymbiose en  fusie ) van  verschillende protocellulaire organismen,
___in dit geval bakterien en amoeben____ tot een endosymbiose.
Door zulke endosymbiose / versmelting/samengaan  van  twee- of drieerlei voorheen onafhankelijk levende  protocellen zijn  ook ( volgens de   theorie)de eerste zuurstofgebruikende en zuurstofproducerende  cellen , (de voorloper van alle  eukaryote leven )op aarde ontstaan …
ref.
vertaling  door  Anti-science
zie ook :     
Kwang W. Jeon, Ph.D.Professor     F215 Walters Life Sciences Building        jeon@utk.edu
.
een voorbeeld van een  eencellige  die zowel dierlijke als  planten-eigenschappen verenigd  =
Clamydomonas reinhardtii
Boek 

De beste uitvindingen ooit

Boek belicht begin van het leven en de doorbraken daarna

Er bestaat al minstens 3,5 en misschien zelfs wel 4 miljard jaar leven op aarde.

Is dat zomaar uit zichzelf ontstaan?

De meeste mensen weigeren dat te geloven. Ze denken dat de stap van dood naar leven niet zonder tussenkomst van een intelligent wezen gezet kan zijn. En zoiets als een mens kan toch nooit via kleine evolutionaire stapjes ontstaan uit simpele oerbacteriën?

In dat laatste hebben ze gelijk, waarover verderop meer.

Maar het ontstaan van het leven kan prima zonder schepper zijn gebeurd. Weinig mensen realiseren zich dat wetenschappers daar al veel inzicht in hebben.

Ze zijn bezig met de ontrafeling van de manieren waarop dode moleculen zich organiseren tot zelfreproducerende eenheden.

Leven is dat nog niet, maar kan er een voorstadium van zijn geweest. De erfelijkheidsmoleculen RNA en DNA kwamen pas later.

We weten hoe het zit
De lange ontwikkeling daarna heeft via simpele bacteriën tot steeds complexere wezens geleid en uiteindelijk de verbijsterende biodiversiteit van vandaag mogelijk gemaakt.

Ook van die lange weg is al veel bekend. Voor het eerst in de geschiedenis van onze planeet weten we hoe het zit, schrijft de Britse biochemicus Nick Lane in zijn boek Life Ascending, dat vorige maand de Royal Society science book prize heeft gewonnen.

Dit boek is inmiddels in het Nederlands is verschenen als Levenswerk.

Natuurlijk kennen we nog niet het hele verhaal, dat weet Lane beter dan wie ook, maar de afgelopen tientallen jaren is de kennis wel enorm gegroeid.

De biochemicus neemt zijn lezers bij de hand voor een tocht langs de hoogtepunten van de kennis over het leven.

In tien hoofdstukken belicht hij wat volgens hem de grootste uitvindingen van de evolutie zijn, namelijk het ontstaan van het eerste leven, DNA, fotosynthese, de complexe cel, seks, beweging, zien, warmbloedigheid, bewustzijn en… de dood.

Hij houdt het zo toegankelijk mogelijk. Toch is het pittige kost, en moet je als lezer soms goed blijven opletten om niet in verwarring te raken van alle biologische vaktermen. Het is het absoluut waard.

Allerbelangrijkste omwenteling
Ik zal hier maar één van die uitvindingen bespreken, namelijk degene waarvan Lane zelf schrijft dat hij

‘misschien de allerbelangrijkste omwenteling in de geschiedenis van de aarde’ heeft bewerkstelligd: het ontstaan van de complexe cel.

Toevallig heeft Lane daar vorige maand ook een wetenschappelijk artikel over gepubliceerd in Nature, samen met zijn collega William Martin. Het is een stuk compacter, maar gaat tegelijk ook wat dieper op de details in.

Het draait om iets wat ongeveer 1,9 miljard jaar geleden gebeurd moet zijn, toen de aarde uitsluitend bevolkt was door bacteriën. Plotseling verscheen een nieuwe levensvorm op het toneel, de voorouder van vrijwel alle levende wezens die je met het blote oog kunt zien.

De bacteriën leven tot op de dag van vandaag ook gewoon door. Maar ze blijven altijd klein en vormen nooit meercellige wezens. Blijkbaar kunnen ze dat niet.

Bacteriën zitten namelijk gevangen in een evolutionair dal, betoogt Lane. De weg naar een grotere omvang en een complexere inhoud is aan alle kanten afgesneden. Dat is een kwestie van energie. De machinerie om die energie te maken, zit in de membranen van een cel. Een basale bacterie heeft die alleen aan de buitenkant: het vlies wat ‘m bij elkaar houdt. Dat is prima zolang hij klein blijft, maar wordt bij toenemende grootte steeds problematischer, omdat zijn inhoud sneller toeneemt dan zijn oppervlakte. Een reuzenbacterie zou energie tekort komen.

Gevoelige machinerie
Nu kan hij natuurlijk ook van binnen extra membranen ontwikkelen, opgevouwen in de cel. Dat kunstje beheersen sommige bacteriën al zo’n twee miljard jaar. Toch lost dat het probleem niet op. De machinerie die bruikbare energie produceert, moet snel kunnen reageren op veranderingen. Daarvoor is het essentieel dat onderdelen zonder tijdverlies kunnen worden bijgemaakt. En dat betekent dat het erfelijk materiaal altijd onder handbereik moet zijn, plus de apparatuur die het kan aflezen.

Om efficiënt te zijn, heeft een bacterie heel compact erfelijk materiaal, met weinig onzin ertussen. Hij kan dus best extra kopieën maken en dan wat groter worden. Dat kan ver gaan: er is zelfs een soort die al zijn DNA in 200.000-voud heeft uitgevoerd. Maar het onderhoud van het extra DNA, en de randapparatuur kost ook weer energie. Het trouw kopiëren van al het DNA kan een bacterie daarom wel groot maken, maar niet ingewikkeld. Want voor complexe interne structuren heb je een omvangrijkere set DNA nodig. Zo’n uitgebreide DNA-collectie honderdduizenden keren kopiëren, kost veel meer energie dan het ooit kan opleveren.

Kan een bacterie dan niet alleen bepaalde stukken DNA in veelvoud maken, en de rest niet?

Nee, schrijft Lane, blijkbaar is er iets dat daar een stokje voor steekt. En dus blijven de bacteriën vastzitten in hun evolutionaire modderkuil.

Pantoffeldiertje
En dan nu de hamvraag: waarom kan zoiets als een pantoffeldiertje dan wél vijftienduizend keer zo groot worden als een normale bacterie, en het vijfduizendvoudige aan energie genereren?

Als je binnenin die cel kijkt, zie je dat het pantoffeldiertje veel ingewikkelder in elkaar zit dan welke bacterie dan ook. Met name opvallend zijn de mitochondriëncelonderdelen die verdacht veel op bacteriën lijken.

Dat is geen toeval. Het zijn in feite tamme bacteriën die al 1,9 miljard jaar niet meer buiten zijn geweest. Ze hebben bijna geen eigen DNA meer; dat is in de loop der tijd verdwenen. Toch hebben ze nog wel wat eigen genen: precies het DNA dat nodig is voor de energievoorziening.

Het moet zo gegaan zijn, schrijft Lane:

…..een oerbacterie kwam in een andere oercel terecht en wist zich daar te vermenigvuldigen. In het begin was deze nieuwe levensvorm nog niet veel efficiënter dan andere, maar gaandeweg kon hij groter worden en profiteren van het feit dat hij extra DNA kon onderhouden zonder dat meteen in veelvoud te moeten maken, met alle kosten van dien. Dat gaf speelruimte voor experimenten, want het meezeulen van DNA dat niet direct nuttig was, werd niet hard afgestraft. Dankzij spontane veranderingen ontstonden er nieuwe, nuttige genen. En zo werd de cel steeds complexer….

De samenwerking tussen twee cellen heeft zich ontpopt tot de grootste revolutie uit de geschiedenis van het leven, omdat het een weg uit het evolutionaire dal bood. Een eenmalige gebeurtenis, waaraan wij mensen ons bestaan danken. Natuurlijk waren daar nog allerlei andere doorbraken voor nodig.

Elmar Veerman

Nick Lane: ‘Life Ascending – The ten great inventions of evolution’, Profile Books, Londen.

Nick Lane en William Martin: ‘The energetic of genome complexity’, Nature, 21 oktober 2010

http://www.wetenschap24.nl/nieuws/artikelen/2009/mei/Hoe-het-leven-op-aarde-ontstond.html

http://www.guardian.co.uk/books/2009/jun/20/life-ascending-nick-lane
http://www.guardian.co.uk/science/2010/oct/19/life-ascending-evolution-nick-lane

http://www.nick-lane.net/

Het onstaan van de eukaryote cel ?

Archaea, bacterieën en eukaryoten leefden 2,7 miljard jaar geleden al naast elkaar

NGV-Geonieuws artikel 864

Uit de gezamenlijke voorouder van alle levende wezens op aarde ontstonden al vroeg in de aardgeschiedenis drie groepen: de (zeer primitieve) archaea, de (ook primitieve) bacteriën en de (al iets gecompliceerdere) eukaryoten die worden gekenmerkt door het bezit van een celkern.

Wanneer die drie groepen zich van de gezamenlijke voorouder afsplitsten (en de eukaryoten moeten dat als laatste hebben gedaan), is niet bekend, maar de aparte ontwikkeling moet in ieder geval al minstens 2,7 miljard jaar geleden zijn begonnen.

Dat blijkt uit een ingewikkelde (en bijna vijf jaar durende) chemische analyse van gesteenten met die ouderdom uit een goudmijn bij Timmins (ca. 600 km ten noorden van Toronto), in de Canadese provincie Ontario.

De Archaea vormen een aparte, zeer oude groep van organismen

Eocyte hypothesis.png

Links hebben alle archaebacteriën (Euryarchaeota + Crenarchaeota) en de Eukaryoten één gezamenlijke voorouder en vormen twee aparte domeinen. Rechts hebben de Eukaryoten zich pas later samen met de Crenarchaeota ontwikkeld uit één gemeenschappelijke voorouder (vanaf het pijltje). Daar vormen de Archaea en de Eukaryoten samen één domein. Links vormen de Archaea een monofyletisch taxon, rechts is die groep parafyletisch.

Een recente vertegenwoordiger van
de Archaea:Sulfolobus acidocaldarius

.
De schalies die werden onderzocht, bevatten koolstofhoudende verbindingen. Vergelijkbare verbindingen waren eerder in ongeveer even oude gesteenten uit Australië aangetroffen, en het onderzoek was er in eerste instantie op gericht om de verbindingen uit de twee gesteenten met elkaar te vergelijken. De daartoe uitgevoerde chemische analyse leverde zo’n verrassend resultaat op dat de leider van het onderzoek, Greg Ventura (eerder promovendus aan de Universiteit van Illinois en nu verbonden aan het Woods Hole Oceanographic Institution), aanvankelijk meende dat er hetzij een fout moest zijn gemaakt bij de analyse, hetzij verontreiniging van de gesteentemonsters was opgetreden.
Om aan alle onzekerheid een eind te maken werd het onderzoek voortgezet met een uitermate geavanceerde gaschromatograaf van de U.S. Coast Gard Academy. Daarmee was het mogelijk om het mengsel van verbindingen zeer precies te analyseren wat betreft de diverse samenstellende bestanddelen. Die bleken voor een belangrijk deel te bestaan uit lipiden.

Lipiden (vetten) zijn stoffen die bijvoorbeeld het menselijk lichaam nodig heeft als energiebron (triglyceriden) of als bouwstof voor lichaamscellen en hormonen. Zonder lipiden kan het lichaam niet goed functioneren. Bij de in de oplossing van de onderzochte gesteenten ging het om zowel ringvormige als niet-ringvormige bifytanen, afgeleide verbindingen van bifytanen met 36-39 koolstofatomen, en hopanen met 31-35 koolstofatomen. Die stoffen moeten zijn ontstaan uit verbindingen die door archaea en bacteri챘n zijn gevormd. Omdat de desbetreffende gesteenten vrijwel sinds hun ontstaan van de biosfeer afgesloten zijn geweest, moet worden geconcludeerd dat er ten tijde van de vorming van de gesteenten zowel archaea als bacteri챘n bestonden.

   
°Een van de goudmijnen in Timmins

°een Nugget
…Uit de kenmerken van de onderzochte gesteenten kan worden opgemaakt dat ze in zee zijn gevormd. Nadat ze door jongere sedimenten werden bedekt, circuleerde er heet water door als een restvloeistof van opgestegen magma. Daardoor vond onder meer de mineralisatie plaats van het goud dat in diverse mijnen bij Timmins wordt gewonnen.
Na de vondst van de chemische verbindingen die op de vroege aanwezigheid van archaea en bacteri챘n wees, werden de gesteenten ook onderzocht met een scanning elektronenmicroscoop (SEM). Daarbij bleek dat er ten tijde van de vorming van deze gesteenten ook eukaryoten aanwezig waren. Ook die moeten dus al voor 2,7 miljard jaar geleden zijn afgesplitst. Tevens maakt het onderzoek duidelijk dat vertegenwoordigers van de archaea, bacteri챘n en eukaryoten 2,7 miljard jaar geleden niet alleen op en/of net onder de zeebodem leefden, maar dat er ook vertegenwoordigers waren die onder hydrothermale omstandigheden dieper in de aarde leefden.

Referenties:
  • Ventura, G.T., Kenig, F., Reddy, Chr. M., Schieber, J., Frysinger, G.S., Nelson, R.K., Dinel, E., Gaines, R.B. & Schaeffer, Ph., 2007. Molecular evidence of Late Archean archaea and the presence of a subsurface hydrothermal biosphere. Proceedings of the National Academy of Sciences 104, p. 14260-14265.

http://www.pnas.org/cgi/content/abstract/104/36/14260


[PDF] 4-12-2002 1 PROF. J. SWINGS 1. Taxonomie 1.1 Het aantal species

Bestandsformaat: PDF/Adobe Acrobat – HTML-versie
Prokaryoten en Eukaryoten. 2.4. Fylogenie van Archaea en Bacteria. 3. Evolutie …… complexer dan hun voorgangers 2 miljard jaren geleden.

( prof J. Swing univ Gent ) …..” HET AANTAL ( tot nu toe ) bekende SPECIES van ARCHAEA en BACTERIA is belachelijk laag “

http://users.ugent.be/~jswings/Tax&Evo/TAX%20&%20EVOL%20Notas.pdf

2007   The Genomic Tag Hypothesis: Modern Viruses as Molecular Fossils of …
http://www.biolbull.org/cgi/reprint/196/3/327.pdf
Paper : Symbiosis versus competition in plant virus evolution”
http://www.uni-muenster.de/Evolution.ebb/Teaching/courses/tut/ss06/papers/Roossinck-2005.pdf

About virus  species ( including beneficial ones )and  virus evolution  

DNA in pro-/eukaryotes

(30 aug 2003)
Een cel is de basale bouwsteen van alle levende organismen, behalve virussen. Vergeleken met prokaryotische cellen (bijv. bacterien; ongeveer 1 µm groot), verschillen cellen van eukaryoten (protisten, schimmels, planten en dieren) doordat ze gespecialiseerde organellen bevatten, een aparte kernmembraan hebben en aanmerkelijk groter zijn (ongeveer 20 µm). DNA (deoxyribose nucleinezuur = Deoxyribose Nucleic Acid) is echter de drager van de erfelijke eigenschappen waaruit eiwitten worden gemaakt in zowel prokaryotische als eukaryotische cellen.
In prokaryoten bevindt het DNA zich in het cytoplasma in de vorm van een groot circulair molecuul (genomisch DNA). Daarnaast kunnen er nog relatief kleine circulaire DNA moleculen (plasmiden) aanwezig zijn. In eukaryotische cellen, zoals de hier afgebeelde maiscel, bevindt het DNA zich in de kern (= nucleus), de mitochondria en de chloroplasten (= bladgroenkorrels) (komen alleen voor bij planten en sommige protisten).
Kern en mitochondria in een plantencel
Transmissie electronen microscopie opname van een maiscel: kern [1] met nucleolus [2] en mitochondria [5]

Samenvatting van de locatie van DNA in eukaryoten:

  1. De kern bevat het meeste DNA. Het komt voor in dit compartiment in de vorm van lineaire chromosomen die tezamen het genoom vormen. Deze chromosomen zijn in alle cellen van een individu (uitgezonderd voortplantingscellen en gemuteerde cellen) identiek en gelijk in aantal.
  2. Mitochondria bevatten een relatief kleine hoeveelheid DNA. Het komt daar voor als circulaire moleculen. Dit DNA bevat slechts enkele mitochondriale genen, de meeste genetische informatie voor het mitochondrion ligt op de chromosomen in de kern.
  3. Chloroplasten bevatten ook slechts een relatief kleine hoeveelheid DNA, in circulaire of lineaire vorm. Ook dit DNA bevat (net als in de mitochondria) slechts een deel van de genen voor de door chloroplasten benodigde eiwitten, de genen van de rest van de benodigde eiwitten liggen op de chromosomen in de kern.

N.B.: Mitochondria en chloroplasten delen zich onafhankelijk van de kern en volgen in principe een eigen tijdscyclus. Ze worden echter wel aan einde van een celdeling, als deel van het cytoplasma met de andere celorganellen over de nieuwe dochtercellen verdeeld.

 

In het  “debat ” met de creato’s   …..

Het endosymbiose verhaal is een uitstekend argument tegen onafhankelijke schepping van alle hogere dieren en planten (eukaryoten).

Waarom zou een hypothetische ontwerper het mitochondrium op zo’n manier ontworpen hebben dat het barst van de aanwijzingen dat het ooit een zelfstandig levende eencelllige was? en dat het door endosymbiose een vast onderdeel van iedere eukaryotische cel is geworden?

 Dat een hypothetische ontwerper bewust zo veel aanwijzingen voor evolutie in het ontwerp van de eukaryotische cel geïntroduceerd zou hebben, kan alleen maar de grootst mogelijke vorm van misleiding genoemd worden.
Zelfs als je gelooft dat de ontwerper zelf de historische endosymbiose gebeurtenis tot stand heeft gebracht, is het een uiterst domme en onbegrijpelijke ontwerpbeslissing geweest met verbijsterende nadelen.

Attachment: Lane-Martin Nature hypothesis.pdf

 

Ultieme symbiose

Voor de meeste mensen zijn er twee soorten organismen: planten en dieren. Daarnaast zijn er nog wat moeilijk plaatsbare organismen, zoals bacteri챘n. Dit was de algemene opvatting tot in deze eeuw. Intussen weten we dat de wereld wat ingewikkelder in elkaar zit.
Vijf koninkrijken

Planten en dieren worden koninkrijken genoemd.

Dankzij moderne technieken, van elektronenmicroscoop tot moleculair onderzoek, is duidelijk geworden dat er naast deze twee nog drie andere koninkrijken zijn, namelijk

De schimmels   (inclusief de paddenstoelen),

de protoctisten (talloze   eencelligen , maar ook zeewieren) en de bacterieën 

Eigenlijk staan de bacterieën in hun eentje tegenover de rest.

Het verschil tussen een bacterie en een willekeurige eencellige protoctist is groter dan tussen een mens en een eik. Het verschil zit met name in de celopbouw. Bacterieën hebben geen aparte celkern, het DNA wordt niet door een membraan bijeengehouden. Ze worden daarom ook wel prokaryoten genoemd.

In de andere koninkrijken hebben de cellen een aparte, door een membraan omgeven kern, waarin zich het DNA (‘kernzuur’) bevindt. Ze worden tezamen eukaryoten genoemd, oftewel organismen met een echte kern.

Stamboom//  De vijf koninkrijken en zelfs de superrijken prokaryoten en eukaryoten zijn eigenlijk niet van gelijke rang. De prokaryoten zijn, zeker waar het hun metabolisme betreft, enorm gevarieerd, de eukaryoten zijn veel gelijkvormiger. Waarschijnlijk zijn dan ook de eukaryoten uit een onderdeeltje van de prokaryoten voortgekomen. Evenzo zijn planten, schimmels en dieren ongetwijfeld elk uit een of andere protoctist voortgekomen.

Voor de planten waren de groene  algen de voorouders, voor schimmels en dieren zijn de voorouders nog onduidelijk.

Een stamboom van de vijf koninkrijken is dan ook nog niet te maken.

Als dat wel het geval is en de strikte regels van de fylogenetische systematiek worden toegepast, zullen er waarschijnlijk andere indelingen moeten worden gemaakt.

Mitochondriën

Het verschil tussen prokaryoten en eukaryoten gaat nog heel wat verder dan het al dan niet bezitten van een echte kern. In prokaryoten bevinden de enzymen voor de oxidatie van voedselmoleculen (de ‘verbranding’) zich aan het celmembraan.

In de eukaryoten bevinden deze enzymen zich in aparte lichaampjes, de mitochondrieën. Deze zijn halfautonoom in de cel. Ze hebben eigen DNA en delen zich vaak onafhankelijk van de cel waarin ze voorkomen. Hun DNA ziet er heel anders uit dan dat in de celkern, het lijkt meer op DNA van prokaryoten.

Dit alles bij elkaar heeft tot de opvatting geleid, dat de mitochondrieën oorspronkelijk vrij levende prokaryoten waren.

De oudste prokaryoten konden geen zuurstof binden. Naarmate er meer zuurstof in de atmosfeer kwam, werd voor hun de lucht steeds giftiger. Dat konden ze het hoofd bieden door zuurstofbindende prokaryoten in zich op te nemen. Een ware symbiose dus.

http://groups.msn.com/evodisku/glosm.msnw?action=get_message&mview=0&ID_Message=1113&LastModified=4675506283878723070

Een zeer goede en uitgebreide webpagina (Benno Beukema)
http://www.homepages.hetnet.nl/~b1beukema/mitochondrien.html
Chloroplasten

Eenzelfde verhaal geldt voor de chloroplasten. Dit zijn lichaampjes in cellen van planten en bepaalde protoctisten, die zich gedragen als mitochondrieën, maar die een andere functie hebben. Hier bevinden zich namelijk de enzymen die de energie van het licht kunnen omzetten in bepaalde chemische verbindingen (fotosynthese), waaruit de energie elders in de plant weer kan worden vrijgemaakt. Ook de chloroplasten zijn mogelijk vrij levende prokaryoten geweest.

 

Wie ben ik?//  Wij denken over onszelf als individuen. Toch zijn we, tot in onze basale bouwstenen, de cellen, in wezen een innige samenleving van prokaryoten.Weliswaar een samenleving van levensvormen die niet zonder elkaar kunnen, maar toch. En dan praten we nog niet eens over onze darmflora.Hierin schuilt niets denigrerends. Integendeel, het kan ons slechts met verwondering vervullen.

En laten we wel wezen, is onze hele denkwereld niet een samenleving met wederzijdse beïnvloeding van denkbeelden van uiteenlopende individuen? 

 

Gaat heen en fuseert u

Hester van Santen

http://www.leidenuniv.nl/mare/2004/02/0701.html

De mens is meer dan een dier, de mens is een samenlevingsvorm.
Dat volgt uit de theorie van de Amerikaanse microbiologe Lynn Margulis, die bacteri챘n de hoofdrol gunt bij soortvorming.

Het is saai om elk verhaal over het nut van micro철rganismen te beginnen met een herkauwend rund.
En het is niet nodig ook, want het Hawa챦aanse pijlinktvisje
Euprymna scolopes heeft veel aardigere bewoners in zijn buik.Euprymna geeft dankzij zijn bacteriekolonie licht in het donker.

Zonder verlichting valt de vier centimeter kleine inktvis tijdens de jacht teveel op, doordat de maan zijn schaduw werpt op het Hawaïaanse zeezand.
Maar het buiklicht heft die slagschaduw op, en daarvoor is één type bacterie verantwoordelijk: de lichtgevende Vibrio fischeri.
Jonge Euprymna’s vissen uit de mariene micro-organismen cocktail juist deze bacterie op om hem vervolgens nooit meer te laten gaan. 

De inktvissoort Euprymna scolopes is ongeveer acht centimeter lang en komt alleen bij Hawaï voor (foto: R.R. Holcom).Het inktvisje is – denk aan onze vijfhonderd typen darmbacteriën – geen uitzondering in zijn intieme omgang met micro-organismen.

Maar Lynn Margulis, Distinguished University Professor van de Universiteit van Massachusetts, gaat veel verder dan die constatering.
Volgens haar theorie – die ze deels uit de vergetelheid van de Russische wetenschappelijke literatuur redde – is geen dier, plant of schimmel los te zien van zijn geassocieerde bacteriën. Bovendien zijn het volgens haar juist die samenlevingsvormen die de radicale veranderingen teweeg brengen die tot soortvorming leiden.

Vooral dat laatste ligt veel evolutiebiologen zwaar op de maag,
. ‘Most history of life is bacterial, and will be bacterial’, zo formuleerde de altijd felle microbiologe het .Margulis vestigde in de jaren zestig haar reputatie met haar inmiddels breed geaccepteerde ‘endosymbiose-theorie’ die stelt dat sommige van de onderdelen van onze cellen hun bestaan begonnen als bacteri챘n.

De mitochondrieËn bijvoorbeeld, die energie leveren, hebben nogal wat bacterieele  eigenschappen.
—>Ze bezitten eigen DNA, dat bovendien niet in de vorm van chromosomen voorkomt maar ringvormig is – zoals in bacteriën.
—> Mitochondrieën delen zelfstandig, niet tegelijk met de rest van de cel.
—> En de manier waarop ze meewerken aan de verbranding lijkt verdacht veel op het metabolisme van een bepaald bacterietype.Inmiddels heeft Margulis die theorie uitgebreid.

In haar laatste boek Acquiring Genomes, formuleerde de hoogleraar een manier waarop cellen met kernen (het type waaruit alle planten, dieren en schimmels bestaan en die radicaal anders zijn dan bacteriële cellen) zijn begonnen als een symbiose van tenminste twee typen bacteriën die op een bepaald moment, zo’n twee miljard jaar geleden, besloten dat ze shared interests hadden.Hoewel deze symbiose nooit precies gevonden is, komen aanwijzingen ervoor uit celsamenstelling, metabolisme en eiwitgegevens –

: ‘De biochemicus Gupta heeft vastgesteld dat sommige eiwitten in de cel een bacteriële oorsprong hebben en andere van archeabacteriën (een tweede categorie bacterie-achtigen, HvS) afkomstig zijn. Hij wist niet waarom, maar ik wél.’Met deze symbiose zouden, aldus de biologe, de eerste afgebakende soorten een feit zijn. Want terwijl totaal verschillende bacteriën driftig genen van elkaar lenen, kunnen de kernhoudende of ‘eukaryote’ soorten om praktische redenen vrijwel alleen DNA uitwisselen met individuen die hetzelfde genenpakket hebben. Krijgt soort Jan er door symbiose een extra genenpakket bij van bacterie Pieter, dan ontstaat uit die samenlevingsvorm per definitie de nieuwe soort Jan-Pieter.

Margulis gaat in haar boek zelfs zo ver dat ze beweert dat 찼lle soorten ontstaan door wat zij symbiogenese noemt. Elke kever, elke boterbloem zou dan een eigen geschiedenis van symbiose op symbiose weerspiegelen.

Dat is natuurlijk onzin’, aldus dierecoloog prof. Jacques van Alphen die de microbiologe uitnodigde.

De Amerikaanse plaatst zichzelf in ieder geval totaal buiten de bekende neodarwinistische traditie van soortvorming, waarbij het vooral draait om genetische mutatie, isolatie en selectie. De navolgers van die leer noemt ze ‘modieuze maar onverstandige volgelingen’ van een ‘doctrine’.De biologe: ‘Ik denk dat alle soorten ontstaan door symbiogenese, of omdat er problemen moeten worden opgelost die door symbiogenese zijn ontstaan.’ Maar even daarvoor:

‘In dieren zijn er heel veel andere vormen van soortvorming, maar voor mij is de belangrijkste manier nog steeds symbiogenese.’

Hoe dan ook, dit type soortvorming zou er volgens Margulis voor hebben gezorgd dat dieren bot gingen vormen, dat vlinders hun leven beginnen als rups en dat een curieus type naaktslak bladgroen produceert en daarom alleen maar in de zon hoeft te liggen om aan eten te komen – ‘hij leeft zoals we allemaal wel zouden willen’, aldus Margulis.Als symbiose, al dan niet met bacteri챘n, inderdaad voor de grote overgangen in de evolutie zorgt, werpt dat tenslotte nieuw licht op een van de bekendste evolutionaire controverses.

Zou evolutie in staat zijn om zoiets complex als een oog te maken, vroeg Charles Darwin zich af.
Nee, zeiden de creationisten.
Ja, zeggen de neodarwinisten: door natuurlijke selectie worden steeds kleine verbeteringen ge챦ntegreerd.
Nee, zeggen paleontologen: dat soort tussenvormen vinden we weinig in fossielen. Maar als Margulis gelijk heeft, doen we het zonder die graduele overgangen – we bouwen zo’n oog gewoon uit geleende onderdelen.

Bacterie in wapenwedloop

Ook Leidse biologen houden zich bezig met de evolutionaire gevolgen van verschillende samenlevingsvormen. De belangrijkste onderzoekslijn op dat gebied gaat echter niet over symbiose, maar over parasitisme. Hoe verloopt de co-evolutie van parasiet en gastheer, zo vragen onderzoeksleider prof. dr. Jacques van Alphen en zijn collega’s zich af.

De biologen richten zich voornamelijk op een bacterie genaamd Wolbachia die het seksleven van allerlei insecten verstoort. Wolbachia heeft verschillende methoden ontwikkeld om te zorgen dat zijn genen maximaal door de populatie verspreid worden – waarbij strategieën die onvruchtbaarheid en sekseveranderingen veroorzaken niet geschuwd worden. Van Alphen: ‘Wij bestuderen de wapenwedloop, de symbiose waar Lynn Margulis over spreekt kan de wapenstilstand zijn.’(HvS)

GAIA  CONCEPT 

Lynn Margulis: ‘Als wij Mars koloniseren, heeft Gaia zich voortgeplant’

De Gaia-hypothese blijft een zweverige gedachte, maar Lynn Margulis’ endosymbiose-theorie uit de jaren zestig is al jaren middelbare-schoolstof. Een Nederlandse geoloog gooide indertijd bijna roet in het eten, vertelde Margulis vorige week in Amsterdam.

‘Eigenlijk zouden we naar Mars moeten. Als wij Mars koloniseren, heeft Gaia zich voortgeplant en is de Gaia-hypothese bewezen.’ Het lijkt alsof Lynn Margulis niet wíl dat haar hypotheses worden geaccepteerd. Ze heeft mooie aanwijzingen voor de hypothese dat de aarde een systeem is dat zichzelf kan reguleren (Gaia), maar soms draait ze door.
De excentrieke Amerikaanse was vorige week in Amsterdam. Ze sprak op het KNAW-symposium over Biogeologie, dat tevens het wetenschappelijk afscheid vormde van prof.dr. Peter Westbroek. De Leidse biogeoloog heeft veel werk verricht aan de bacteriële omzetting tot calciumcarbonaten. Westbroek is een goede vriend van Margulis, en ook pleitbezorger van de Gaia-hypothese. Westbroek (65 jaar) stopt, en met hem zijn kleine groep. ‘Hij gaat piano spelen’, vertelt Lynn Margulis. ‘Peter is erg muzikaal, net als zijn kinderen.’
Margulis (63) denkt niet aan stoppen. Ze zal bewijzen blijven verzamelen en anderen blijven overtuigen voor haar twee dierbaarste theorieën. Wie Lynn Margulis zegt, zegt Gaia en endosymbiose.

Moeder
De Gaia-hypothese beschouwt de aarde als een zichzelf regulerend organisme; Margulis beperkt zich overigens tot een strook van 20 kilometer breedte, 8 km boven en 12 km onder het aardoppervlak. Zo kunnen oceaanalgen met het uitstoten van dimethylsulfide-gas de vorming van wolken stimuleren en zo de hoeveelheid invallend zonlicht reguleren. ‘De Gaia-hypothese stelt dat de samenstelling van reactieve gassen, de zuurgraad, de oxidatietoestand van biologisch belangrijke elementen als koolstof, zwavel, stikstof en fosfor, en de oppervlaktetemperatuur bepaald worden door het leven op aarde. Maar let wel, Gaia is erg complex en er bestaan vele definities. Lees voor een goed begrip mijn artikel Gaia and the colonization of Mars in GSA Today (1993).’
Margulis vermoedt nog veel meer Gaia-fenomenen. ‘Dit zijn mijn suggesties voor verder onderzoek: regen is een biologisch fenomeen; de laterale beweging van de tektonische platen; het vergroten van raakvlakken tussen vaste, vloeibare en gasvormen; de kringloopbewegingen van metalen en fosfor; en het behouden van zout in de oceanen.’
Margulis is niet de bedenker van Gaia. Wijlen Vladimir Vernadsky opperde het idee, en James Lovelock gaf de hypothese een naam en faam. Margulis: ‘Vernadsky is de grootvader van Gaia, James Lovelock de vader en Peter Westbroek de stiefvader.’ Daar voegde ze nog heel beschaafd ‘I’m not the mother’ aan toe, maar dat is ze natuurlijk wel.

Endosymbiose
Margulis is zeker de moeder van de endosymbiose. De Duitse Andrea Schimper vermoedde al in 1893 dat chloroplasten heel vroeger bacteri챘n waren, maar Margulis werkte het idee in de jaren zestig uit. De evolutie wordt niet gedreven door spontane mutaties en natuurlijke selectie, maar door samenwerking. Misschien wel de belangrijkste evolutionaire stap was de overgang van de kleine, eenvoudige prokaryoten naar de grote, complexe eukaryoten, en dat komt door endosymbiose.
A챘robe bacteri챘n gingen vanaf twee miljard jaar geleden een symbiose aan (een verregaande vorm van samenwerking: ze fuseerden) met grote Amoebe-achtige cellen en werden mitochondri챘n. De bacterie verkreeg zo voedsel, de Amoebe-achtige een energieleverancier. Fotosynthetiserende (cyaan-)bacteri챘n werd chloroplasten. Ciliaten hebben ons volgens Margulis de harige structuren op cellen gegeven (luchtpijp, darmen). En de spirocheten – spiraalvormige, snel bewegende bacteri챘n – gaven onze cellen centriolen (die bij celdeling de chromosomen verdelen) en maakten dat spermacellen zo hard kunnen zwemmen.
Pas na haar publicatie in 1967 werd goed duidelijk dat mitochondriën en bladgroenkorrels hun eigen DNA meedragen: het maakte de symbiose-theorie in een klap geaccepteerd. Margulis staafde haar symbiont-idee indertijd met transmissie-experimenten, zo licht ze nu toe. ‘De meeste eigenschappen gedragen zich Mendeliaans: als je groen met wit kruist, zijn alle nakomelingen groen, als die kruist krijg je groen en wit in de verhouding drie staat tot één, et cetera. Echter, er waren ook eigenschappen binnen organismen die zich niet-Mendeliaans gedragen, zoals bepaalde eigenschappen van chloroplasten. Die eigenschappen werden door één ouderorganisme bepaald en niet door twee. We wisten dat bacteriën en virussen zich niet-Mendeliaans gedragen en dat naakte genen in eukaryoten niet bestaan – ze zijn omgeven door een biologische entiteit. De beste verklaring was daarom de aanwezigheid van micro-organismen.

Utrecht
Margulis vermoedde dat daar fossiel bewijs voor moest zijn: tussenvormen van pro- en eukaryoten. Een Nederlander leek uitkomst te bieden. ‘Ik wist toen niets van geologie: ik begon als genetica-student, en had me op bacteriën gestort. Maar ik kwam een boek tegen van M.J. Rutten, uit Utrecht. Eenmaal heb ik hem ontmoet, de man is inmiddels overleden. Zijn boek heette Origins of life, over fossielen uit het precambium. In mijn manuscript verwees ik naar hem.
‘Omdat ik me onzeker voelde in dit nieuwe vakgebied, stuurde ik mijn artikel op naar Elso Barghoorn, de befaamde hoogleraar van Harvard universiteit. Vier maanden later belde hij mij op. “Ik ben het niet oneens met je,” zei hij, “maar dat fossiele archief klopt niet.” Al mijn fossiele voorbeelden kwamen uit dat boek. It was all wrong!
‘Rutten ging overigens af op data van anderen. Barghoorn gaf me vanaf toen tot aan zijn dood lessen in het fossiele archief van het precambium. Hij is de founder van precambium paleobiologie, een fantastische man. Ik corrigeerde de fouten in het artikel (Origin of nucleated cells) en het werd gepubliceerd.’
De oorspong van chloroplasten en mitochondriën is inmiddels middelbare-schoolstof. Toch is niet de gehele endosymbiose-theorie gemeengoed. Margulis: ‘We have won three out of four. Eén is de oorspong van het cytoplasma, van archaeabacteria. Twee is mitochondriën, drie chloroplasten. Vier is cilia, aan het bewijs daarvoor werken we nu. Deze week verschijnt ons artikel in PNAS over de oorspong van cilia en de kern.

Zweverig aura
‘We hebben in amber geconserveerde fossielen gevonden van termieten uit het Mioceen (20 miljoen jaar geleden), recenter dan het precambium dus. Daarin zagen we karyomastigonten, structuren die zijn ontstaan doordat langwerpige spirocheten zich deels in archaea-bacteriën hebben geboord.’ Margulis stelt dat het DNA van beide bacteriën zich gemengd heeft en vanuit het endoplasmatisch reticulum voorzien werd van een membraan: de celkern. De langwerpige structuren die buiten de oorspronkelijke archaeabacterie bleven hangen, zijn geworden tot wat we nu cilia (haartjes) noemen.
Daarmee breidt de Amerikaanse hoogleraar aan de universiteit van Massachusetts de endosymbiose-theorie verder uit. Hoe anders is het gesteld met Gaia. Dat is niet bepaald een geaccepteerd gedachtegoed binnen de biogeologie. Het Britse wetenschapsblad Nature schreef ooit een vernietigend commentaar over Gaia.
Margulis versterkte vorige week het zweverig aura dat aan Gaia kleeft.

Een filmpje over ‘moeder aarde’ had ze voorzien van een ritmische new age-muziek, zodat ze er zelf overheen moest schreeuwen (‘The earth has a face and it’s name is Gaia’). Het maakte haar presentatie even spannend als surrealistisch.

ref ;
Lynn Margulis and Dorion SaganAcquiring genomes – a theory of the origins of species. Basic books, New York 2002.

Over tsjok45
Gepensioneerd . Improviserend jazzmuzikant . Instant composer. Jamsession fanaat Gentenaar in hart en nieren

4 Responses to endosymbiose

  1. Pingback: Laterale(LGT )/Horizontale gentransfert(HGT)Horizontale genoverdracht (HGO) « Tsjok's blog

  2. Hiya very cool site!! Man .. Excellent ..
    Amazing .. I will bookmark your website and take the
    feeds also? I’m satisfied to search out a lot of helpful information right here within the put up, we want work out extra strategies in this regard, thank you for sharing. . . . . .

  3. Juliane zegt:

    I was suggested this blog by my cousin. I’m not sure whether this post is written by him as no one else know such detailed about my problem. You are wonderful! Thanks!

  4. Pingback: Natuurlijke Selectie « Tsjok's blog

Geef een reactie

Vul je gegevens in of klik op een icoon om in te loggen.

WordPress.com logo

Je reageert onder je WordPress.com account. Log uit / Bijwerken )

Twitter-afbeelding

Je reageert onder je Twitter account. Log uit / Bijwerken )

Facebook foto

Je reageert onder je Facebook account. Log uit / Bijwerken )

Google+ photo

Je reageert onder je Google+ account. Log uit / Bijwerken )

Verbinden met %s

%d bloggers op de volgende wijze: