Het leven op aarde is mogelijk niet één keer begonnen, maar twee keer. Nieuw bewijs van een internationaal team onder leiding van biologen van de Heinrich Heine Universiteit Düsseldorf in Duitsland suggereert dat de eerste vrijlevende cellen onafhankelijk van elkaar in twee afzonderlijke gebeurtenissen zijn ontstaan, ook al delen alle levensvormen een gemeenschappelijke genetische code.
De bevindingen, gepubliceerd in Science Advances, dagen de lang gekoesterde aanname uit dat de overgang van chemie naar biologie slechts één keer plaatsvond. In plaats daarvan wijst het onderzoek op een opvallende mogelijkheid: bacteriën en archaea, de twee oudste takken van het leven, hebben mogelijk elk hun eigen sprong gemaakt van hydrothermale bronchemie naar een vrijlevend bestaan.
Twee soorten pionierscellen, één oude code
Ongeveer 4 miljard jaar geleden was de aarde een vijandige plek. De vroegste cellen waren nog niet vrijlevend; ze waren afhankelijk van de chemische energie van hydrothermale bronnen. Maar op een gegeven moment begonnen twee verschillende vormen van primitief cellulair leven te ontstaan.
Natalia Mrnjavac, bioloog aan de Universiteit van Düsseldorf en hoofdauteur van de studie, beschrijft het tafereel: twee heel verschillende soorten cellen, pionierbacteriën en pionierarchaea, die hun eerste pogingen doen om buiten de grenzen van een hydrothermale bron te leven.
De onderzoekers kwamen tot deze conclusie door de oorsprong van enzymen te traceren tijdens de vroegste splitsing tussen bacteriën en archaea. Ze onderzochten genomen, eiwitstructuren en chemische reacties om het metabolische netwerk te reconstrueren dat de vroegste cellen gebruikten om aminozuren, RNA-basen en vitamines te produceren uit eenvoudige materialen zoals waterstofgas, ammoniak en CO2.
De verrassing verborgen in de oude stofwisseling
Dit metabolische netwerk bestaat uit 420 chemische reacties die extreem oud zijn en in alle levensvormen bewaard zijn gebleven in een mate die vergelijkbaar is met de genetische code zelf. Maar wat de onderzoekers verraste: de enzymen die die reacties uitvoeren, zijn niet geconserveerd tussen bacteriën en archaea.
William Martin, senior auteur van de studie, zegt dat de laatste universele voorouder van alle cellen, bekend als LUCA, enzymen bezat voor slechts ongeveer de helft van de reacties van de stofwisseling. De andere helft lijkt zich afzonderlijk in de twee geslachten te hebben ontwikkeld.
Dit suggereert dat hoewel de chemische reacties zelf vanaf het allereerste begin aanwezig waren, de biologische katalysatoren die ze aandrijven onafhankelijk in bacteriën en archaea zijn samengesteld. Met andere woorden, de twee domeinen van het leven hebben mogelijk dezelfde chemie geërfd van een gemeenschappelijke voorouder, maar elk ontwikkelde zijn eigen manier om die te gebruiken zodra vrijlevende cellen ontstonden.
De onderzoekers zeggen dat deze vergelijkingen ongekende inzichten geven in de fase van evolutie waarin enzymgekatalyseerde stofwisseling ontstond uit spontane reacties die werden gekatalyseerd door metalen in de aardkorst.
Een nieuwe kijk op de diepste wortels van het leven
De implicaties zijn diepgaand. Als vrijlevende cellen twee keer zijn ontstaan, dan was de oorsprong van het leven op aarde geen enkele, kwetsbare gebeurtenis, maar een robuuster proces dat parallel kon plaatsvinden. Dit roept ook vragen op over hoe vaak leven elders in het universum zou kunnen voorkomen, aangezien de overgang naar vrijlevende cellen misschien niet zo onwaarschijnlijk is als ooit werd gedacht.
Voor nu wijst het bewijs op een gedeelde chemische basis maar een uiteenlopend biologisch pad. Het leven op aarde is misschien verenigd door zijn genetische code, maar de reis naar vrijlevend bestaan is mogelijk twee keer afgelegd, door twee verschillende soorten pioniers.
