Bionieuws

Ecologie & Evolutie

Chloroplast ontstond in zoet water

De oorsprong van de chloroplast ligt niet in zee, maar op het land. Foto: Flickr/BASF

Chloroplasten ontstonden 2,1 miljard jaar geleden in zoet water. Dat was het moment waarop de primaire endosymbiose plaatsvond, de eenmalige gebeurtenis waarbij een eencellige eukaryoot een cyanobacterie verzwolg en in zich opnam. Het duurde vervolgens nog eens 200 miljoen jaar voordat de eerste fotosynthetiserende eukaryoten op aarde verschenen. Dat schrijven biologen van de Universiteit van Bristol 14 augustus in PNAS.

Bescherming
Het is een voldongen feit dat de eerste symbiose ten grondslag ligt aan de oorsprong van chloroplasten, de organellen in algen en plantcellen die fotosynthese mogelijk maken. Een eencellige eukaryoot bood bescherming aan een fotosynthetiserende cyanobacterie, terwijl de blauwalg suikers produceerde voor zijn gastheer. De symbiose vormde de basis voor de evolutie van fotosynthetiserende plantcellen en daarmee van de honderdduizenden hedendaagse soorten Archaeplastida, een van de vijf taxonomische supergroepen binnen de eukaryoten waaronder alle landplanten, rode algen en groene algen vallen.

Het was tot nu toe echter niet helemaal duidelijk wanneer en in wat voor milieu deze gebeurtenis precies plaatsvond, noch welke cyanobacterie het meest verwant is aan de chloroplast. ‘Mede door het gebrekkige terrestrische fossiele archief weten we relatief weinig over het leven in vroege non-mariene habitats’, valt te lezen in het artikel.

Moleculaire klok
Toch wisten de biologen onder andere op basis van genoomsequenties van 49 verschillende cyanobacteriën een zogeheten moleculaire klok-analyse uit te voeren. Hieruit blijkt dat de Gloeomargarita-cyanobacteriën het meest verwant zijn aan chloroplasten en dat de chloroplastlijn zich er 2,1 miljard jaar geleden vanaf splitste. De gemeenschappelijke voorouder van de archaeplastiden, en daarmee waarschijnlijk het ontstaan van de eerste fotosynthetiserende eukaryoten, dateren ze op 1,9 miljard jaar. Gedurende de miljard jaar die daarop volgde, ontstonden pas verschillende groepen hedendaagse fotosynthetiserende eukaryoten.

Voorouderlijke eigenschappen
Dit hele tafereel speelde zich allemaal nog af in zoet water op land, concluderen de onderzoekers op basis van een reconstructie van voorouderlijke eigenschappen, en dus niet in de oceanen zoals men vroeger dacht. Pas zo’n 800 tot 750 miljoen jaar geleden begonnen de groepen mariene algen zich te evolueren. ‘Door genoomdata en geavanceerde methoden kunnen we nu eindelijk een completer beeld schetsen van het vroege leven op het land’, laat eerste auteur Patricia Sanchez-Baracaldo weten in een persbericht.

Al het leven uit zee?
Anita Buma, marien bioloog aan de Rijksuniversiteit Groningen, noemt de resultaten niet wereldschokkend maar wel indrukwekkend. ‘De onderzoekers hebben miljoenen genetische gegevens geanalyseerd met behulp van de nieuwste moleculaire technieken en bioinformatica. Hierdoor konden zij evolutionaire verwantschappen nauwkeuriger dan ooit vaststellen. Waar de schatting van het ontstaan van de eerste fotosynthetiserende eukaryoten eerst een bandbreedte had van een miljard jaar, is dat nu nog maar 200 miljoen jaar. En de eerdere stelling dat “al het leven uit zee komt” gaat blijkbaar niet op voor complexe organismen zoals algen. Als dat binnen nu en tien jaar in onze biologieboeken komt te staan, dan heeft deze studie daar zeker aan bijgedragen.’

Dit artikel verscheen 26 augustus in Bionieuws 13.