Als de evolutie ons geen mitochondriën had bezorgd, waren we nu met z’n allen nog steeds simpele bacteriën zonder celkern. Die hypothese lanceren Nick Lane (University College, London) en William Martin (Heinrich Heine-Universität, Düsseldorf) deze week in Nature.

Tot nu toe wordt algemeen aangenomen dat het ontstaan van die afzonderlijke celkern de sleutel is geweest voor het ontstaan van complexe levensvormen. Maar waarom eukaryote cellen (dus met celkern) hebben kunnen evolueren tot een boom of een mens, terwijl alle prokaryote cellen zonder kern al vier miljard jaar op het evolutionaire niveau van een bacterie zijn blijven steken, heeft niemand ooit afdoende kunnen uitleggen.

Lane en Martin stellen nu dat het verschil niet in die kern zit maar in de mitochondriën.

Bekend was al dat mitochondriën de ‘energiecentrales’ van de eukaryote cel zijn. Ze leveren onder meer de energie die nodig is om op basis van de genetische code eiwitten te synthetiseren. Maar tot nu toe had kennelijk niemand ooit uitgerekend hoeveel ‘vermogen’ die centrales genereren. En dat blijkt veel meer te zijn dan gedacht. Het komt er op neer dat een eukaryote cel zich in theorie 200.000 maal zo veel genen kan permitteren als een prokaryote cel die geen mitochondriën bezit.

Met andere woorden: het genoom van prokaryoten kan nooit veel ingewikkelder worden dan het nu al is, en dus zitten deze levensvormen in feite al 4 miljard jaar op een evolutionair doodlopende weg.

Voor het feit dat prokaryoten hun eigen energievoorziening nooit hebben kunnen verbeteren, hebben de onderzoekers ook een verklaring. De eukaryoten hebben gewoon geluk gehad. Bekend was al dat mitochondriën oorspronkelijk zelfstandige levensvormen waren, die zich op een gegeven moment hebben laten opslokken door een andere soort waarmee ze in symbiose verder bleven leven. Dat stelde die mitochondriën in staat om beetje bij beetje het overgrote deel van hun genoom te dumpen en alleen de genen te behouden die voor de energievoorziening nodig waren; de rest werd door de gastheer verzorgd. En dát betekende weer dat ze zelf nauwelijks nog energie gebruikten en het overgrote deel konden doorleveren aan die gastheer. Die, als hij nóg meer energie nodog had, alleen maar extra mitochondriën hoefde te kweken.

Zolang een prokaryoot er niet in slaagt om zo’n nuttige ‘endosymbiont’ in te vangen, dan kan hij zijn energieproductie maar op één manier opvoeren, namelijk door extra kopieën van zijn eigen energievoorzieningsgenen te creëren. Maar helaas kan dat in eerste instantie alleen door het complete genoom te kopiëren, zodat er per gen nog steeds even weinig energie wordt geproduceerd en er niets overblijft om verdere evolutie te ondersteunen.

Inderdaad bestaan er bacteriën die het hebben geprobeerd en die nu gemiddeld 600.000 kopieën van hun DNA bevatten zonder dat ze er veel op vooruit zijn gegaan.

Volgens Lane en Martin is deze berekening zó fundamenteel dat hij niet alleen voor de Aarde geldt. “Even aliens will need mitochondria”, aldus Lane.

Maar hij geeft toe dat de hypothese de prullenmand in kan zodra iemand hem een eukaryoot zónder mitochondriën bezorgt.

bron: University College