Primordiale genen zouden ons een waarheid kunnen vertellen die we tot nu toe alleen maar hadden aangeroerd: het leven op aarde had veel eerder kunnen beginnen dan we ons voorstellen. Sommige genen die tegenwoordig in bijna alle levende organismen aanwezig zijn, bestonden – en waren al gedupliceerd – zelfs voordat de universele gemeenschappelijke voorouder waarvan we allemaal afstammen, verscheen.
Een ontdekking die niet alleen de evolutionaire biologie betreft, maar ook een grotere vraag raakt: hoe is het leven ontstaan? En vooral: wat was er vroeger?
Wat waren de eerste cellulaire functies die miljarden jaren geleden verschenen?
Elke huidige levensvorm, van bacteriën tot planten en mensen, deelt een voorouder die ongeveer vier miljard jaar geleden leefde. Wetenschappers noemen het de ‘laatste universele gemeenschappelijke voorouder’: het is het meest afgelegen punt dat we vandaag de dag kunnen bestuderen met de hulpmiddelen van de evolutie.
Toch is er een detail dat het perspectief verandert. Toen deze voorouder leefde, waren er al veel fundamentele kenmerken aanwezig: de cellen hadden goed gestructureerde membranen en de genetische informatie was opgeslagen in DNA. Kortom, het leven was niet langer ‘in aanbouw’, maar al verrassend georganiseerd. Om echt te begrijpen hoe het allemaal begon, moet je nog verder teruggaan.
Een studie gepubliceerd in Cell Genomics en uitgevoerd door Aaron Goldman van Oberlin College, Greg Fournier van het Massachusetts Institute of Technology en Betül Kaçar van de Universiteit van Wisconsin-Madison heeft een concreet spoor geïdentificeerd: het volgen van de sporen van enkele zeer zeldzame, zeer oude genen die tot op de dag van vandaag bewaard zijn gebleven.
Goldman legt het duidelijk uit: Hoewel de universele gemeenschappelijke voorouder het oudste organisme is dat we met de huidige methoden kunnen analyseren, waren sommige genen in zijn genoom veel ouder. En dit is waar primordiale genen in beeld komen.
Universele paralogen
Onderzoekers concentreren zich op een speciale groep genen die ‘universele paralogen’ worden genoemd. In de biologie is een paraloog een gen dat zich in de loop van de tijd binnen hetzelfde genoom heeft gedupliceerd. Het gebeurt voortdurend: kleine kopieerfouten produceren meerdere versies van hetzelfde gen, die zich vervolgens specialiseren. Een eenvoudig voorbeeld: bij mensen zijn er acht hemoglobinegenen, allemaal afgeleid van één enkel voorouderlijk gen dat ongeveer 800 miljoen jaar geleden verscheen. Na verloop van tijd kreeg elk exemplaar een iets andere functie.
Universele paralogen zijn echter een andere zaak. Het zijn genetische families die in ten minste twee exemplaren aanwezig zijn in de genomen van bijna alle levende organismen. Dit betekent dat hun duplicatie plaatsvond vóór de geboorte van de universele gemeenschappelijke voorouder. Vóór vier miljard jaar geleden.
Met andere woorden: deze genieën zijn getuigen van een tijdperk waarvan we dachten dat het onbereikbaar was. En het is precies dankzij nieuwe technologieën, zoals geavanceerde computerhulpmiddelen, kunstmatige intelligentie en hardware die is geoptimaliseerd voor genetische analyse, dat we vandaag die onzichtbare geschiedenis kunnen reconstrueren. De wetenschappers analyseerden alle tot nu toe bekende universele paralogen en vonden een verrassend element: ze zijn allemaal betrokken bij de productie van eiwitten of bij het transport van moleculen door celmembranen.
Het is geen klein detail. Het betekent dat onder de allereerste biologische functies die op aarde verschenen, sprake zou zijn geweest van eiwitsynthese en transport door primitieve membranen. De fundamenten van het cellulaire leven.
Tijdens parallel werk reconstrueerde het team zelfs de voorouderlijke versie van een van deze eiwitten in het laboratorium. Geen theoretisch model, maar een echt eiwit, verkregen door het combineren van evolutionaire biologie en computationele biologie. En het resultaat was verrassend: zelfs in zijn eenvoudigste vorm kon dit eiwit zich binden aan membranen en interageren met het systeem dat eiwitten produceert. Ergo: de oercellen, hoe rudimentair ook, waren al functioneel. Geen willekeurige clusters van moleculen, maar systemen die zichzelf kunnen organiseren.
Volgens Betül Kaçar betekent het volgen van de sporen van oergenen het verbinden van de allereerste levensstappen met de modernste wetenschappelijke instrumenten. Het is een manier om de diepste vragen van de evolutie om te zetten in toetsbare hypothesen. En misschien zal de identificatie van nieuwe universele paralogen ons in de toekomst in staat stellen nog verder te gaan en een hoofdstuk uit de geschiedenis van de aarde te reconstrueren dat tot nu toe in het duister is gebleven.
Omdat begrijpen hoe het leven werd geboren niet alleen een academische vraag is. Het is een manier om te begrijpen hoe kwetsbaar, zeldzaam en kostbaar de biologische complexiteit is die we vandaag de dag als vanzelfsprekend beschouwen. En de oorspronkelijke genieën, stil en koppig, beginnen ons erover te vertellen.
Mogelijk bent u ook geïnteresseerd in:
