Tree of Life

“The affinities of all the beings of the same class have sometimes been represented by a great tree”

Deze zin van Charles Darwin uit ‘On the Origin of Species’ is één van de verwijzingen die hij maakt naar de ‘Tree of Life’. Dit eeuwenoude mythologische symbool heeft sindsdien model gestaan voor de evolutie van al het leven op aarde. Tot voor kort werd aangenomen dat deze boom drie hoofdstammen/domeinen had: eukaryoten (cellen met een kern), bacteriën en archae (oerbacteriën) maar in juli van dit jaar werd door twee afzonderlijke publicaties duidelijk dat de stammen er anders uitzien dan gedacht.

De eerste publicatie gaat over nieuwe donkere microbiële materie. Onze kennis over bacteriesoorten was tot nu toe gelimiteerd tot die stammen die we in het laboratorium konden kweken, zuiveren en isoleren, en daarna konden karakteriseren op DNA-niveau.  Een wereldwijd consortium aangevoerd door Amerikaanse en Australische onderzoekers, publiceerde deze maand in Nature een gigantische studie gericht op het beter in kaart brengen van, wat zij noemen ‘donkere microbiële materie’ – dat wat we nog níet kennen.

De onderzoekers namen op negen verschillende plekken, op de hele wereld (heetwaterbronnen,  bodemsediment, brak water en totaal zuurstofloze (anaerobe) omgevingen) monsters. Met behulp van moderne technieken was men in staat om individuele bacteriën te isoleren en hiervan het DNA te karakteriseren zonder de bacteriën eerst te kweken in het laboratorium.

De resultaten waren veelzeggend: de onderzoekers vonden 20 nieuwe bacteriesoorten die allemaal compleet nieuwe takken vormden aan de bacteriële evolutionaire stamboom. Verder zijn nieuwe evolutionaire relaties tussen bacteriesoorten in detail duidelijk geworden en compleet onverwachte functionele eigenschappen blootgelegd die aan sommige zijtakken van de Tree of Life nog niet waren toegeëigend. Deze studie heeft in één klap 11% meer diversiteit in bacteriestammen in de wereldwijde databases gebracht en menig hypothese over bacteriële taxonomie en evolutie opgeschud.

De tweede publicatie die de traditionele Tree of Life op zijn grondvesten deed schudden was een Franse publicatie, in Science, over twee reusachtige nieuwe virussen die eencellige infecteren. Virussen worden niet als levende organismes gezien omdat zij andere levende cellen nodig hebben voor replicatie. De nieuw ontdekte virussen waren reusachtig: 100x zo groot als normale virussen, bijna zo groot als bacteriën. Daarom dachten de onderzoekers in eerste instantie dat het om bacteriën ging. Toen ze echter nauwkeurig naar de levenscyclus keken, bleken zij zich helemaal niet als bacteriën maar als virussen te vermeerderden. Ten tweede bleken de nieuwe organismes net zoveel DNA te bevatten als primitieve meercelligen die traditioneel een veel hogere rang op de levensboom hebben. Tenslotte bleek de DNA-sequentie in vergelijking met andere virussen zoveel onorthodoxe stukken te bevatten, dat het leek alsof deze virussen afkomstig waren van een tot nu toe onbekende vierde stam aan de Tree of Life. Vanwege deze bijzondere verrassingen en vanwege hun vorm zijn deze virussen ‘Pandora-virussen’ genoemd. De nieuwe virussen werden nagenoeg gelijktijdig en eenvoudig in zowel Australië als Chili gevonden, wat de auteurs redelijkerwijs doet geloven dat er wereldwijd veel meer moeten zijn.

Meercellig leven (zoals planten, dieren en mensen) op aarde was niet mogelijk was geweest zonder eencellig leven. Het is goed te realiseren dat bacteriën, eencelligen en virussen miljoenen jaren heer en meester waren, voordat wij ook maar iets betekenden. Wat nu, door middel van moderne technieken blijkt, is dat die voorgeschiedenis veel rijker en gevarieerder is geweest dan het traditionele drie-stammen model ons eerst deed geloven.