Kidnapping ble opphav til alle planter

For en og en halv milliard år siden slukte en enkel celle en liten bakterie. Nå tror forskere at alle verdens planter kan stamme fra nettopp denne hendelsen.

Publisert
Moseblad med grønne kloroplaster inni. Kloroplastene er organeller - små organer - som lager sukker av energien i sollyset. Alle planter og alger har slike kloroplaster. (Foto: iStockphoto)
Moseblad med grønne kloroplaster inni. Kloroplastene er organeller - små organer - som lager sukker av energien i sollyset. Alle planter og alger har slike kloroplaster. (Foto: iStockphoto)

For noen tiår siden gikk diskusjonen skyhøyt: Har kroppens celler utviklet sine indre kraftverk – mitokondriene – fra ingredienser som allerede fantes inni cella? Og har plantene selv funnet opp sine solenergiverk – kloroplastene?

Eller har de rett og slett rappet sakene fra noen andre?

Etterhvert som forskerne har fått stadig bedre tilgang til dyptpløyende DNA-analyser, tror de fleste på det siste. Både mitokondrier og kloroplaster har eget DNA, som er annerledes enn det andre arvematerialet i cella.

Dessuten er organellene – cellenes organer – innkapslet i sine egne membraner, som heller ikke er bygd opp på samme måte som den vanlige cellemembranen.

Både DNAet i mitokondriene og kloroplastene, og membranen som omslutter disse organellene, ligner faktisk litt på saker du ville finne i en bakterie.

Og det er nettopp derfra forskerne tror de kommer.

Celle 2.0

En gang for veldig lenge siden var antageligvis både forløperne til mitokondriene og kloroplastene frittlevende bakterier som svømte rundt i et eller annet urvann, side om side med andre primitive celler.

Så må noen ha inngått allianser. Eller noen må ha foretatt kidnappinger.

Resultatet var uansett kombinerte celler som var så vellykkede at de ble opphavet til eukaryote celler – en slags celle 2.0 – som i dag finnes i alle dyr, planter, sopper og mer avanserte encellede organismer.

Nå antyder ny forskning at alle jordas planter og fotosyntetiserende alger til sjuende og sist stammer fra én eneste slik kidnapping av en bakterie, for over en og en halv milliard år siden.

Fant opp fotosyntesen

Cyanobakterier. (Foto: Bob Blaylock/Wikimedia Commons)
Cyanobakterier. (Foto: Bob Blaylock/Wikimedia Commons)

Fotosyntese – det å bruke energien i sollyset til å lage sukker – fortjener definitivt en sentral plass på livets topp ti-liste over geniale oppfinnelser.

- I nesten alle grupper organismer finnes det eksempler på fotosyntese, sier Kjetill S. Jakobsen fra Centre for Ecological and Evolutionary Synthesis (CEES) ved UiO. Han forsker nettopp på opprinnelsen til denne fantastiske biologiske mekanismen.

Men selv om alger og planter står for mye av fotosyntesen som skjer på kloden i dag, var det enklere organismer som gjorde oppfinnelsen. Det var trolig bakterier – små primitive celler – som først lagde strukturer for å utnytte energien i sollyset, for over tre milliarder år siden.

Disse cyanobakteriene – fotosyntetiserende bakterier – la dermed også grunnlaget for nesten all primærproduksjon på kloden: De ble opprinnelsen til skapningene som alle andre lever av.

Og det hele startet nettopp der: med noen som spiste noen.

Slukte cyanobakterie

Vi må minst en og en halv milliard år tilbake i tida. Den gangen, som nå, hadde jorda svære kontinenter, men de var fullstendig livløse.

I havene eller i innsjøer yret det imidlertid av liv: Det fantes massevis av cyanobakterier som levde av sollys, og en hel horde av andre primitive celler som gulpet i seg cyanobakterier og brukte innholdet som næring.

Men så skjedde altså det som skulle endre historien for alltid:

En av cellene som spiste en cyanobakterie, lot være å fordøye den.

I stedet fortsatte cyanobakterien å drive med sitt, inne i cella. Slik gikk jegeren glipp av et måltid, men i stedet fikk den en kloroplast – et permanent solenergiverk inne i kroppen.

Verdens første alge, med en egen organell for fotosyntese, var født.

- Cyanobakterien ble en del av en annen celle, som etter hvert ble kopiert til dattercellene, sier Kamran Shalchian-Tabrizi fra Microbial Evolution Research Group (MERG) ved UiO, som har arbeidet mye med å forstå disse tidlige episodene.

- Dette er den mest radikale bioteknologihendelsen man kan tenke seg!

Én allianse kan ha blitt opphavet til alt

Det høres jo unektelig ganske enkelt ut: sluk en cyanobakterie – få fotosyntese. Men det var det garantert ikke.

Tegning av algen Cyanophora paradox, med grønn kloroplast. (Foto: Susanne Ruemmele/Science/AAAS)
Tegning av algen Cyanophora paradox, med grønn kloroplast. (Foto: Susanne Ruemmele/Science/AAAS)

Verten stod overfor kjempeutfordringer: Hvordan få bakterien til å overleve på innsida. Hvordan hindre den i å stikke av? Og hvordan få den til å følge med til dattercellene under celledelinga?

Blant alle de fantasillionene av celler som må ha spist cyanobakterier opp igjennom historien, er det antageligvis bare noen ytterst få som har klart å få til en varig sammensmelting – en endosymbiose.

Forskerne begynner faktisk å helle mot at hele jordas mangfold av planter og alger stammer fra en og samme ur-alge. Altså fra én eneste vellykket allianse mellom en cyanobakterie og en annen enkel celle.

Peker mot én hendelse

Nylig publiserte Dana Price fra Rutgers University og hennes team av internasjonale forskere resultatene fra en fantastisk detaljert DNA-undersøkelse av Cyanophora paradoxa, en av de mest primitive algene som finnes.

Disse analysene peker nettopp i retning av at både C. paradoxa og alle andre skapninger som driver med fotosyntese opprinnelig stammer fra én hendelse, konkluderer forskerne i tidsskriftet Science.

Det eneste mulige unntaket er en spesiell type amøber som også kan se ut til å ha klart å fange en cyanobakterie. Men dette må uansett ha hendt på et mye, mye senere tidspunkt.

- Det kan godt tenkes at dette stemmer, kommenterer Jakobsen fra CEES, som likevel understreker at en rekke fotosyntetiske skapninger etter hvert utvekslet kloroplaster ved å sluke hverandre. Dette skjedde imidlertid senere – etter at den første sammensmeltinga med en cyanobakterie hadde funnet sted.

- Men utfordringa generelt er at dette skjedde for veldig lenge siden. Svært mye endrer seg i løpet av så lang tid.

- La oss si at det skjedde flere uavhengige hendelser hvor celler tok inn cyanobakterier, men at disse bakteriene lignet hverandre. Ville vi da klare å oppdage at dagens alger og planter stammet fra flere hendelser?

- Men tanken om at det bare skjedde én gang er attraktiv. Den gjør det enklere. Og i fravær av gode bevis for noe annet er det vanlig at man holder på det enkleste.

- Jeg tror nok ikke at siste ord er sagt i denne saken, konkluderer Jakobsen.

Referanse:

D. C. Price et al., Cyanophora paradoxa Genome Elucidates Origin of Photosynthesis in Algae and Plants, Science, vol. 335, 17. februar 2012, 843-847.