Over het ontstaan van het leven op aarde weten we nog maar bijzonder weinig. We weten dat het meer dan 3,5 miljard jaar geleden moet zijn gebeurd, maar bijvoorbeeld over ongeveer hoeveel miljoen jaar eerder is men het niet eens. De geleerden zijn het redelijk eens dat het in zee gebeurd moet zijn. Maar waar en hoe? In de kuststrook, in hete onderwaterbronnen? Door kosmische straling, door radioactiviteit, in speciale holtes?

Alle cellen zijn opgebouwd uit aminozuren en DNA en RNA. De aminozuren kunnen zeker zonder leven ontstaan en dus door een levende cel worden opgenomen, bij de basisstoffen voor DNA en RNA ligt dit al wat moeilijker. Maar een deel van het 'startmateriaal' kan in ieder geval aanwezig geweest zijn. Algen groeien niet alleen in het water: rood-oranje algen op een boomstam (Trentepohlia sp.?)

Na het begin was er LUCA

Het begin van leven is natuurlijk razend interessant, maar dat wil niet zeggen dat wat daarna kwam niet interessant is. Daarom heeft men LUCA bedacht. LUCA betekent Last Universal Common Ancestor of wel Laatste Universele Gemeenschappelijke Voorouder. Men heeft ontdekt dat al het leven op aarde zoveel gemeenschappelijks heeft dat het denkbaar is dat het allemaal afstamt van één cel die dan zo'n 3,5 miljard jaar geleden leefde. Die cel was zeker niet het eerste leven, daarvoor was de cel al veel te gecompliceerd, maar allerlei varianten die daarvoor, daarna en tegelijk ongetwijfeld bestaan hebben, zijn blijkbaar uitgestorven. Als we aannemen dat die hypothetische LUCA cel of iets wat er op lijkt, echt bestaan heeft, blijft alleen het probleem van de virussen. Want virussen leven officieel niet omdat ze zichzelf niet zelfstandig kunnen voortplanten, maar je kunt ook moeilijk volhouden dat ze niet bij het leven horen. We nemen maar aan dat dit een definitie probleem is.

LUCA was een eencellige, maar hoe die eruit zag weten we natuurlijk niet, maar het gaat ook meer om de binnenkant. Wat zat erin:
- Tenminste één DNA keten met de genetische code. De DNA code is opgebouwd uit vier verschillende 'bouwblokken', de zogenaamde nucleotiden. RNA heeft één ander 'bouwblok' als DNA dus je hebt 5 verschillende bouwblokken nodig.
- De directe aansturing van enzymen in de cel gebeurde via RNA. En die enzymen maken o.a. eiwitten uit aminozuren. Er zijn ontzettend veel aminozuren maar de cel gebruikt er maar 20. Bovendien heeft ieder aminozuur twee varianten die links- resp. rechtsdraaiend worden genoemd. Chemisch is het zeer moeilijk om die twee uit elkaar te houden, maar het leven gebruikt eigenlijk alleen maar linksdraaiend! Waarom? Hoe? Niemand weet het.
- Om een eiwit te kunnen bouwen hebben de enzymen energie nodig in een vorm die geschikt is voor deze chemische reacties. Binnen de LUCA cel was dat alleen ATP dat op verschillende manieren gemaakt kan worden.
- De LUCA cel heeft een mantel en een huid, maar nog geen celkern.

Het is duidelijk dat het eerste leven gemakkelijk andere keuzes had kunnen maken dan die we nu in LUCA en in alle levende wezens vinden. Waarschijnlijk zijn een aantal van die andere mogelijkheden ook geprobeerd. Maar waarom ze mislukt zijn weet niemand.

Luciferkorstmos of heidelucifer (Cladonia floerkeana) is een korstmos waarvan de 'bloeiwijze' heel opvallend is

En verder

LUCA was uiteraard nog eencellig en leek het meest op eenvoudige bacteriën zoals die nog steeds voorkomen. Maar er was evolutie en er ontstonden varianten van LUCA, voorlopig ook allemaal nog eencellig. Wel ontstonden er op een gegeven moment gemeenschappen van verschillende eencelligen. En dit niet ter bescherming tegen roofdieren want die bestonden nog niet. Waarschijnlijk konden die cellen profiteren van stoffen die een andere cel in grotere hoeveelheid maakte dan ze zelf nodig had en vice versa. Een (onbedoelde) vorm van specialisatie dus. Een extreme vorm van samenwerking was als een 'specialist' kwam inwonen (letterlijk) bij een andere cel. Dit is een aantal keren gebeurd. De meest bekende is waarschijnlijk de cyanobacterie, ook bekend als blauwgroene alg. Deze bacterie had 'geleerd' om met behulp van zonlicht koolzuur om te zetten in de ideale energiedrager suikers en in zuurstof. Hoe het ging weten we niet, maar een cel is er in geslaagd om een cyanobacterie op te nemen en die niet te verteren, maar gewoon door te laten werken. Het resultaat zijn de bladgroenkorrels in een plantencel.

Nog eerder heeft een cel een andere cel opgenomen die erg goed was in de productie van de energiedrager ATP. Deze energieproducent leeft nog steeds in alle dierlijke en plantaardige cellen en ze heten daar mitochondria. Welke cel die energie specialist was is niet helemaal duidelijk. Men denkt aan een bacterie die verwant was aan de Rickettsia bacteriën, die tegenwoordig onder andere tyfus kunnen veroorzaken: de evolutie kan voor verrassende combinaties zorgen. Later in de evolutie zijn ook nog andere 'levende' eencelligen opgenomen in een 'gastheercel'.
De mitochondria en de bladgroenkorrels leven nog steeds als min of meer zelfstandige eenheid binnen de cellen van bijvoorbeeld bomen of mensen. Er zijn binnen dat samenwonen taakverdelingen ontstaan waardoor mitochondria en bladgroenkorrels niet meer zelfstandig kunnen leven, maar ze hebben nog wel een eigen celwand en eigen DNA. Trouwens de cellen waarin ze leven kunnen ook niet meer zonder deze organellen, zoals deze inwonende helpers heten

Vertakkingen

Ondertussen hadden de cellen met de inwonende helpers ook een celkern gekregen met daarin het DNA in de vorm van chromosomen en het geheel door een wand gescheiden van de rest van de cel. Of de vorming van de celkern iets te maken had met de komst van de inwonende helpers, weet ik niet, maar ik kan het me voorstellen.
Eenvoudige bacteriën en dergelijke hebben geen celkern, het chromosoom ligt los in de cel. Daarom beschouwt men het onderscheid tussen wel en geen kern als de eerste grote splitsing in de evolutie: bacteriën en dergelijke vormen dan de ene poot en al het andere leven de andere poot. Deze splitsing moet zo'n 2,7 miljard geleden gebeurd zijn.
De volgende splitsing was binnen cellen met een celkern. Eén lijn had bladgroenkorrels en vormde de plantengroep, de andere had die niet en in die groep zitten de dieren en de schimmels. Beide groepen hebben mitochondria voor de energie voorziening dus die moeten ontstaan zijn tussen de afsplitsing van de bacteriën en de splitsing in dieren en planten.

Veel geleerden vinden het bovenstaande schema met maar twee splitsingen om bij de planten en dieren te komen te simpel. Ze wijzen op allerlei levensvormen die daar niet goed in passen. Waarschijnlijk hebben ze daar gelijk in, maar ze zijn het nog niet eens hoe het wel gegaan zou zijn. Voor het vervolg van dit verhaal is het ook niet zo belangrijk.

Twee soorten korstmos op een tak; waarschijnlijk groot dooiermos en gewoon schorsmos

Meercelligen

Strikt genomen is een cel met daarin bijv. vijf mitochondria en drie cyanobacteriën als bladgroen korrels, natuurlijk geen eencellige want die acht inwonende hulpjes waren, zeker in het begin, zelf gewoon eencelligen. Maar toch spreekt men in dit geval nog van eencelligen en dan kijkt men natuurlijk alleen naar de 'gastheercel'. Pas als er daarvan een aantal gaat samenwerken, noemt men dat meercellig. Meercelligen zijn meerdere keren onafhankelijk van elkaar ontstaan. Een Wikipedia bron noemt minstens 46 keer en dat verspreid over de drie hoofdgroepen bacteriën, planten en dieren. Waarom er meercelligen ontstonden lijkt duidelijk: zo kunnen grotere levende wezens ontstaan met meer mogelijkheden. Maar dat is eigenlijk een drogreden. Dit verklaart alleen waarom ze bleven leven nadat ze er door toeval waren gekomen: ze hadden voordelen.

Het rossig buiskussentje (Tubifera ferruginosa) is een slijmzwam die zijn gedrag lijkt op de bekendere heksenboter

Voor de zoveelste keer in dit verhaal: hoe dat samengaan precies ging weten we niet. Maar er bestaan nog wezens die in een soort tussenstadium zijn blijven hangen. Slijmzwammen bijvoorbeeld bestaan uit een groot aantal cellen die allemaal een eigen kern hebben maar die in het slijmzwam stadium hun tussenliggende celwanden opruimen en dan als één geheel optreden. Korstmossen bestaan uit een schimmel en een alg of bacterie en ze werken perfect samen als één wezen, maar als het op geslachtelijke reproductie aan komt moeten ze dat toch even apart doen. En daarna gauw weer samen. Maar hiermee is wel het moeilijkste onderdeel genoemd van meercellig zijn: de reproductie een groep ongelijke cellen.

Jan van Dingenen - 2014

Naschrift

In deze serie "Evolutie van landplanten" zitten de volgende artikelen:
74. Evolutie van landplanten - 1. Inleiding
75. Evolutie van landplanten - 2. Na het begin van leven
76. Evolutie van landplanten - 3. Plant aan land
77. Evolutie van landplanten - 4. Sporen zaaien
78. Evolutie van landplanten - 5. Varens, boomvarens, zaadvarens
79. Evolutie van landplanten - 6. De eerste bossen
80. Evolutie van landplanten - 7. Naaktzadigen
81. Evolutie van landplanten - 8. Bedektzadigen of bloemplanten