Celbiologen hebben eindelijk de universele voorouder van het leven gevonden

3.8 miljard jaar geleden ontworstelde zich uit de slijmerige gifwateren het eerste leven op aarde. Het leven was toen nog simpel. Het bestond waarschijnlijk niet eens uit meerdere cellen. Een prokaryoot noemen wetenschappers dit fabelachtige organisme van het vroege leven.

Er is weinig bekend over de omstandigheden waarin dit vroege leven ter aarde kwam, en niemand weet iets over haar gedragingen. Onze hypothetische laatste universele gemeenschappelijke voorouder (LUCA) heeft geen enkel spoor achtergelaten. Het enige bewijs is een schimmige vingerafdruk in het DNA van elk levend wezen op aarde.

Uit dat restantje informatie hebben wetenschappers van de Heinrich Heine Universiteit in Düsseldorf waanzinnige ontdekkingen gedaan over LUCA.

Voor het eerst hebben we een omschrijving van het eerste leven. Het genetische bewijsmateriaal dat letterlijk in elk van ons aanwezig is wijst uit dat leven rondom de hydrothermale schoorstenen in de diepzee is ontstaan. Charles Darwin dacht dat het leven uit een warm oppervlakkig poeltje kwam, maar deze bevindingen ontkrachten dat beeld.

De bevindingen zijn gebaseerd op 6,1 miljoen genetische codes uit eiwitten. Door de genetische geslachten van bacteriën en archaea te ontleden, de twee belangrijkste takken van cellulair leven, konden de onderzoekers 355 gedeelde genen isoleren die waarschijnlijk van LUCA komen en voortbestaan in moderne prokaryoten.

Voorheen werd gedacht dat uit LUCA drie levensvormen zijn ontsproten: bacteriën, archaea en eukaryoten. Deze theorie van een universele boom des levens met drie domeinen werd wereldwijd aanvaard en verspreid. Een recent genetisch onderzoek suggereert echter dat de eukaryoten – planten, dieren, schimmels en andere organismen met een celwand om de celkern – eigenlijk zijn geëvolueerd uit prokaryoten, zoals bacteriën en archaea.

Aangezien de eukaryoten misschien dus niet als een apart domein beschouwd kunnen worden, hebben de auteurs nog een keer goed gekeken naar de oergenen uit de andere twee domeinen. Het team isoleerde 286.514 eiwitclusters. Daaruit konden ze lezen welke genen uit LUCA in beide domeinen voorkomen. Als genen zowel in bacteriën als archaea aanwezig waren, dan staan de genetische codes in een volgorde waaruit is op te maken dat ze uit een enkele voorouder zijn geëvolueerd.

De 355 eiwitfamilies die aan LUCA zijn gelinkt tonen een organisme die zo'n vier miljard jaar geleden heeft geleefd. Volgens de studie leefde LUCA rond hydrothermale schoorstenen en voelde zich thuis in een zuurstofloze omgeving. Het was een "autotroof" organisme, wat betekent dat het zichzelf onderhield en zijn energie waarschijnlijk haalde uit de koolstofdioxide en waterstof uit de omgeving. LUCA maakte een enzym aan waardoor het kon overleven in die vulkanische omgeving. Met dit enzym kon het ook bepaalde metalen en minderalen aanmaken om te overleven, net als sommige huidige diepzeeorganismen – de zogenaamde "thermofielen".

Hoewel LUCA prima geleefd zou kunnen hebben in de helse leefomgeving op Aarde in die tijd, zijn sommige wetenschappers sceptisch over de implicaties van het artikel. In interviews in de New York Times suggereren critici dat LUCA helemaal geen volledig levend organisme was, omdat het een paar belangrijke componenten mist.

In een aanvullend artikel van Nature Microbiology, zegt de bioloog Hames McInerney dat LUCA misschien wel als enige organisme een oeroude genetische bottleneck heeft overleefd. Het zou dus gewoon puur geluk kunnen zijn dat zijn genen vandaag nog bestaan.

Op dit moment is er geen bewijs dat LUCA echt in hydrothermale schoorstenen heeft geleefd, of zich voedde met mineralen, omdat het onmogelijk is om de oorsprong van het leven na te bootsen. Maar de nieuwe data geeft ons meer inzicht in een oeroud tijdperk waar we altijd weinig over hebben geweten.

"Het doel van de evolutionaire biologie is om de geschiedenis te begrijpen van de bekende organismen," vertelde Bill Martin, microbioloog en coauteur van de studie aan de Washington Post. "Wanneer we dat doel hebben bereikt, kunnen we verder met de geschiedenis van de onbekende organismen."