Het ei kwam vóór de kip

Chromosphaera perkinsii is een eencellige soort die in 2017 werd ontdekt in zeesedimenten rond Hawaï.

De eerste sporen van haar aanwezigheid op aarde werden gedateerd op meer dan een miljard jaar geleden, lang voordat de eerste dieren verschenen. Een team van de Universiteit van Genève (UNIGE) heeft waargenomen dat deze soort meercellige structuren vormt die verrassend veel gelijkenis vertonen met dierlijke embryo's. Deze waarnemingen wijzen erop dat de genetische programma's die verantwoordelijk zijn voor de embryonale ontwikkeling al aanwezig waren vóór het ontstaan van dierlijk leven, of dat C. perkinsii zich onafhankelijk heeft ontwikkeld om vergelijkbare processen te ontwikkelen.

De natuur zou dan al lang voor de ‘uitvinding van de kip’ over de genetische instrumenten hebben beschikt om ‘eieren te creëren’. Deze studie werd gepubliceerd in het tijdschrift Nature.

Van eencellig naar meercellig organisme

De eerste levensvormen die op aarde verschenen waren eencellig, dat wil zeggen ze bestonden uit één enkele cel, zoals gist of bacteriën. Later ontwikkelden zich dieren – meercellige organismen – die zich vanuit één enkele cel, de eicel, ontwikkelden tot complexe levende wezens. Deze embryonale ontwikkeling verloopt in precieze fasen, die opvallend op elkaar lijken bij de verschillende diersoorten en mogelijk teruggaan tot een tijd ver vóór het ontstaan van dieren. De overgang van eencellige soorten naar meercellige organismen is echter nog altijd zeer slecht begrepen.

Dit eencellige organisme scheidde zich meer dan een miljard jaar geleden af van de dierlijke evolutielijn en biedt waardevolle inzichten in de mechanismen die tot de overgang naar meercelligheid kunnen hebben geleid.

Embryo-achtige kolonies

Bij het observeren van C. perkinsii ontdekten de wetenschappers dat deze cellen, zodra ze hun maximale grootte hebben bereikt, zich delen zonder verder te groeien, en meercellige kolonies vormen die sterk doen denken aan de vroege stadia van de embryonale ontwikkeling bij dieren. Deze kolonies blijven ongeveer een derde van hun levenscyclus bestaan en zijn opgebouwd uit ten minste twee verschillende celtypes, wat verrassend is voor dit soort organisme.

Hoewel C. perkinsii een eencellige soort is, toont dit gedrag dat processen van meercellige coördinatie en differentiatie al aanwezig waren in de soort, lang voordat de eerste dieren op aarde verschenen, legt Omaya Dudin uit, die dit Onderzoek heeft geleid.

Nog verrassender is dat de manier waarop deze cellen zich delen en de driedimensionale structuur die ze aannemen, treffend doen denken aan de vroege stadia van embryonale ontwikkeling bij dieren. In samenwerking met dr. John Burns (Bigelow Laboratory for Ocean Sciences) werden bij de analyse van de genetische activiteit in deze kolonies verbluffende gelijkenissen met die van dierlijke embryo's vastgesteld, wat erop wijst dat de genetische programma's die de complexe meercellige ontwikkeling aansturen, al meer dan een miljard jaar geleden bestonden.

Marine Olivetta, laboratoriumtechnicus bij de afdeling Biochemie van de Faculteit Natuurwetenschappen van de UNIGE en eerste auteur van de studie, legt uit: «Het is fascinerend dat een pas recent ontdekte soort ons in staat stelt meer dan een miljard jaar terug in de tijd te reizen.» De studie toont dat het principe van embryonale ontwikkeling ofwel al vóór de dieren bestond, ofwel dat de mechanismen van meercellige ontwikkeling zich in C. perkinsii afzonderlijk hebben ontwikkeld.

Deze ontdekking zou ook nieuw licht kunnen werpen op een langlopend wetenschappelijk debat over 600 miljoen jaar oude fossielen die op embryo's lijken, en zou bepaalde traditionele opvattingen over meercelligheid ter discussie kunnen stellen.