Over het algemeen wordt aangenomen dat simpele cellen ooit bacteriën opslokten en dat zo het complexe leven begon. Nu stellen wetenschappers echter een andere theorie voor.

Lang geleden waren er alleen eencellige organismes zonder celkern, mitochondriën en andere membraangebonden celorganellen: de prokaryote cellen. Die hebben zich ontwikkeld tot eukaryote cellen, die deze delen wel bezitten. Over het algemeen wordt aangenomen dat een prokaryote cel een bacterie heeft ‘opgeslokt’ en dat uit die bacterie het moderne mitochondrion is ontstaan. Maar wetenschappers hebben de theorie nu omgekeerd. Hun ‘binnenstebuitentheorie‘ stelt dat mitochondriën zich buiten de prokaryote cel hebben ontwikkeld.

Moeilijkheden

Mitochondriën bevatten hun eigen DNA. Dat pleit ervoor dat het ooit zelfstandige organismen waren. De meest gebruikelijke verklaring is de zogenoemde endosymbiosetheorie; een archaeon (een soort prokaryote cel) zou in een keer een bacterie hebben opgenomen. Met een paar aanpassingen veranderde die in een mitochondrion, zoals dat nu nog steeds in onze cellen aanwezig is. De kern zou later in de cel zijn gevormd.

Er zijn echter een paar moeilijkheden met de klassieke theorie. Ten eerste zijn er geen archaea bekend die vreemde membranen opnemen. Daarnaast lijkt het onwaarschijnlijk dat de mitochondriën zijn opgenomen omdat dit een hoop energie kost. Die energie kan worden geleverd door, jawel, de mitochondriën – die de cellen echter nog niet hadden. Ten slotte verklaart de theorie niet waar andere celstructuren, zoals de kern, vandaan komen.

Binnenstebuiten

De wetenschappers David en Buzz Baum bedachten daarom hun binnenstebuitentheorie. Die begint met een bacterie waarvan het buitenste membraan uitstulpingen vormt. Die uitstulpingen zouden andere mitochondrion-achtige bacteriën hebben ‘gegrepen’. Door de energie die vrijkwam uit het contact tussen de bacteriën konden ze allemaal groter worden en zich verder ontwikkelen. De mitochondrion-achtige bacteriën zouden buiten de cel al zijn uitgegroeid tot mitochondria en later zijn opgeslokt.

De zijkanten van de uitstulpingen zouden het endoplasmatisch reticulum hebben gevormd, een ander onderdeel van de cel, en het binnenste membraan zou zijn veranderd in het buitenmembraan van de celkern. De uitstulpingen zouden met elkaar zijn gefuseerd om het plasmamembraan te vormen.

Fabriek

De wetenschappers gebruiken een metafoor om het verschil tussen de theorieën uit te leggen. Een prokaryote cel kan worden gezien als een fabriek met een grote open ruimte, waarin managers, machinisten, postbezorgers en conciërges naast elkaar werken. Een eukaryote cel is een fabriek met verschillende werkruimtes. De oude theorie zegt dat deze laatste fabriek ontstond toen de nieuwe muren in een enkele ruimte werden gebouwd.

De binnenstebuitentheorie zegt dat er een aantal uitbreidingen om het oorspronkelijke gebouw heen werden gebouwd. Het oorspronkelijke gebouw is nu de controlekamer, terwijl andere functies zijn verhuisd naar nieuwe gespecialiseerde ruimtes.

De wetenschappers laten zien dat er moderne archea zijn die uitstulpingen vormen. Dit ondersteunt hun theorie. Het model verklaart ook waarom het endoplasmatisch reticulum altijd aan de kern vast zit (het is immers gevormd uit een uitstulping van de kern) en waarom de celwand zo veel verschilt in diverse eukaryoten (de celwand van een plant is heel anders dan die van een mens). De celwand is in het model namelijk de laatste toevoeging van de cel.

Testen

Het model doet daarnaast enkele voorspellingen die kunnen worden getest in moderne cellen. Zo zegt het dat alle eukaryoten mitochondriën moeten hebben. Als dat inderdaad het geval blijkt, zou dat de nieuwe theorie ondersteunen.

Bronnen: BMC Biology, BioMed Central via EurekAlert!

Beeld: Baum and Baum, BMC Biology 2014