Bakgrunn: Slik oppsto den moderne cellen

En gang for lenge siden, riktig lenge siden, - for ganske mye mer enn 1,5 milliarder år siden, faktisk - slo en gruppe bakterier seg sammen og ble til ett: Den moderne, eukaryote celle.

Published

Riktignok hadde universet eksistert en stund allerede, i 12,2 milliarder år for å være nøyaktig, så liv kunne jo både ha oppstått og forsvunnet flere ganger andre steder i universet. Men her på jorda, må denne hendelsen kunne betraktes som litt av en begivenhet:

I et par milliarder år hadde jorda vært bebodd av bakterier, og bare det. Først da bakterienes prokaryote celler utviklet seg til eukaryote celler, synes det som om løpet var lagt for videre utvikling mot det folk flest betrakter som liv. Alt fra amøber til mennesker og grantrær er laget av eukaryote celler. Mens bakteriene (og det er ikke få typer av dem!) er prokaryote.

Et hangarskip mot en robåt

Det eldste fossilet av en eukaryot celle er omtrent 1,5 milliarder år gammelt. Men cellen virker avansert, så eukaryotene må ha oppstått en stund tidligere.

Forskerne er temmelig sikre på at de utviklet seg fra bakterier, men om det skjedde gjennom symbiogenese (som antydet over) eller gjennom andre mekanismer, blir fremdeles diskutert.

En eukaryot celle er uansett mye større og langt mer komplisert bygget enn en prokaryot. Forholdet mellom de to er blitt framstilt som forholdet mellom et hangarskip og en robåt.

Begge celletypene bruker imidlertid RNA og DNA som arvemateriale, de bruker de samme tjue aminosyrene, begge har ribosomer (et cellelegeme som “oversetter” aminosyrer til proteiner - altså et apparat som lager byggestoffer (proteiner) etter “ordre” fra arvestoffet) - så slektskapet mellom de to typene celler synes å være sikkert.

Men en bakterie (prokaryot) kan ikke bevege seg, den er innestengt i en stiv cellevegg, mens eukaryoter har mykere cellemembran - og lett kan forandre form. I tillegg har ikke prokaryotene cellekjerne, og mangler også mange av de andre cellelegemene som finnes hos eukaryotene, blant annet flagellene som brukes til å sette fart på bevegelsene. Det er her ideen om symbiogenesen oppsto.

Celler inni celler

Bortfallet av cellevegg hos eukaryotene bragte både problemer og fordeler. Den viktigste fordelen var kanskje at det gjorde det lettere å spise. Mens bakterier tar opp mat molekyl for molekyl gjennom celleveggen, kan en eukaryot celle gulpe i seg maten i store biter (phagocytose), og heller fordøye maten inne i cellen, i de encelledes versjon av magesekken, vakuolene.

Omtrent her starter den symbiogenetiske hypotesen om den eukaryote cellens opprinnelse (også kalt den endosymbiotiske teori, SET):

Ifølge denne hypotesen oppsto moderne celler ved at det fantes en prokaryot (bakterie) eller en primitiv eukaryot (dette kommer vi tilbake til senere) som kunne oppsluke andre, mindre, men aerobe bakterier. En aerob bakterie er en som puster med oksygen.

"Oppsto den moderne cellen gjennom at bakterier spiste hverandre?"
"Oppsto den moderne cellen gjennom at bakterier spiste hverandre?"

Dette kan ha foregått en stund, men en dag skjedde det noe rart: Den aerobe bakterien ble ikke fordøyd, men fortsatte å leve inne i den store bakterien som hadde spist den. Plutselig hadde den store bakterien en liten inne i seg, som hjelp til med å fjerne skadelig oksygen (et avfallsstoff fra dens egen stoffomsetning) og som samtidig produserte energi (ATP).

Etterhvert blir de to avhengige av hverandre (symbiose) og forholdet blir så tett, at de to henger genetisk sammen, når den ene formerer seg, følger den andre med (symbiogenese). Den lille aerobe bakterien finnes i dag i alle verdens moderne, eukaryote celler, i form av cellens “kraftverk”, mitokondrien. Noe liknende må ha skjedd med noen små blågrønnalger, som i dag finnes som all verdens planters kloroplaster.

Gammel idé

De fleste forskere godtar i dag denne versjonen av den eukaryote celles opprinnelse.

Hypotesen dukket opp allerede så tidlig som på slutten av 1800-tallet, da forskere så på mitokondriene og kloroplastene og bemerket at de så ut som bakterier, der de fløt rundt inne i cellen.

"Mitokondriene er gamle bakterier, nå en del av cellen."
"Mitokondriene er gamle bakterier, nå en del av cellen."

Når man senere fikk elektronmikroskop, oppdaget man at mitokondriene og kloroplastene var innpakket i to membraner: Den innerste var antagelig den opprinnelige bakteriens cellevegg, den ytterste, restene av membranen som vertscellen brukte til å sluke den med. Ved nærmere ettersyn fant man at de også hadde egne ribosomer og til og med eget DNA, arvestoff - sitt eget arvestoff, vel å merke, ulikt det vi finner i cellekjernen.

Er alt en symbiose?

I dag er det Lynn Margulis som er mest kjent for ideene om mitokondrienes opprinnelse. Hun brakte dem fram i lyset på slutten av 1960-tallet og måtte i begynnelsen tåle mye motbør.

I dag er de, som sagt, stort sett akseptert - men Margulis møter motstand når hun nå ønsker å trekke tråden enda lenger.

Margulis’ idé er at svært mye av det vi ser i naturen - alle store evolusjonære nyskapninger - er resultat av symbioser.

Fundamentet for denne nytolkningen av evolusjonslæren legger hun ved å forsøke å påvise enda flere symbionter i den eukaryote cellen: Den er ikke bare resultatet av at en primitiv eukaryot tok opp i seg noen bakterier - det finnes eldre og langt mer grunnleggende symbioser her:

Selve bakgrunnscytoplasmaen - cellevæsken, kommer i følge Margulis fra en type archebakterie - et eget rike av mikroorganismer like fjernt fra andre bakterier som planter er fra dyr. Og denne archebakterien må ha slått seg sammen med en spirchaete.

Eukaryotene har, som vi allerede har sagt, et kjennetegn som skiller dem fra bakteriene - de kan bevege seg. Og bevegelsen, mener Margulis, stammer fra stavformede bakterier, spirochaeter.

"Eukaryote celler kan bevege seg. Skyldes det en bakterie?"
"Eukaryote celler kan bevege seg. Skyldes det en bakterie?"

Hun har besnærende argumenter: I cellenes flageller (undulpodia skal visstnok være det korrekte navnet) finner hun de samme arrangementene av proteiner som man finner i frittlevende spirochaeter. I tillegg finner hun de samme proteinene inne i cellen, i det celleapparatet som styrer celledelingen, centriolene.

Men hvor kom cellekjernen fra?

Ifølge Margulis er altså den opprinnelige eukaryote cellen (den som spiste en mitokondrie i begynnelsen av artikkelen) i seg selv en symbiont: Av en archebakterie og en spirochaete. Archebakterien ga celleplasmaen, spirochaeten ga flagellen (som, ifølge Margulis er en indre struktur som bare stikker ut av cellen) og apparatet som gjør det mulig for cellen å dele seg.

Hvor så eukaryotenes bumerke, cellekjernen, kommer fra, vet hun ikke. Det vil si. Hun vet det ikke ennå. Men hun har en mistanke om at cellekjernen er en emergent egenskap - som oppsto fra symbiosen.

Bevisene for denne utvidete versjonen av cellens symbionte opprinnelse er imidlertid tynne og indirekte. Margulis hevder at bevisene finnes der, for de som er villige til å se. Hvorvidt resten av den evolusjonsbiologiske verden er villig til å se - og hvorvidt det i så fall er noe å se - gjenstår ? å se.