Kidnapning af bakterie blev starten på alle planter
For halvanden milliard år siden slugte en enkelt celle en lille bakterie. Nu tror forskere, at alle verdens planter kan stamme fra netop denne begivenhed.

Mos med grønne kloroplastre indeni. Kloroplasterne er organeller - små organer - som laver sukker af energien i sollyset. Alle planter og alger har sådanne kloroplastre. (Foto: Kristian Peters)

For omkring ti år siden gik diskussionen højt: Har kroppens celler udviklet sit indre kraftværk – mitokondrierne – fra ingredienser, som allerede fandtes inde i cellerne? Og har planterne selv opfundet deres solenergiværk – kloroplasterne?

Eller har de slet og ret bare hugget sagerne fra nogen andre?

Efter forskerne har fået stadig bedre adgang til dybdeborende DNA-analyser, tror de fleste på det sidste. Både fordi mitokondrier og kloroplaster begge har eget DNA, som er forskelligt fra andet arvemateriale i cellerne.

Men også fordi organellerne – cellernes organer – er indkapslet i deres egne membraner, som heller ikke er bygget op på samme måde som den almindelige cellemembran.

Både DNAet i mitokondrierne og kloroplasterne, og membranen, som omslutter disse organeller, ligner faktisk lidt ting, du ville kunne finde i en bakterie.

Og det er netop derfra, forskerne tror, de kommer.

Nogle bakterier kidnappede andre

Engang for meget længe siden var fritlevende bakterier sandsynligvis både forløberne til mitokondrierne og kloroplasterne. Bakterierne svømmede rundt i et eller andet urhav side om side med andre primitive celler.

Så må nogen have indgået alliancer. Eller nogen må have kidnappet andre.

Resultatet var, uanset hvad, kombinerede celler, som var så vellykkede, at de blev ophav til såkaldte ’eukaryote celler’ – en slags celle 2.0 – som i dag findes i alle dyr, planter, svampe og mere avancerede encellede organismer.

Nu antyder ny forskning, at alle jordens planter og fotosyntetiserende alger til syvende og sidst stammer fra én eneste kidnapning af en bakterie, og at begivenheden skete for over halvanden milliard år siden.

Bakterier er oprindelsen til alt liv

Fotosyntese – det at bruge energien i sollyset til at lagre energi – fortjener definitivt en central plads på livets top ti-liste over geniale opfindelser.

»I næsten alle grupper af organismer findes der eksempler på fotosyntese,« siger Kjetill S. Jakobsen fra Centre for Ecological and Evolutionary Synthesis (CEES) ved UiO. Han forsker netop i oprindelsen for denne fantastiske biologiske oprindelse.

Cyanobakterier er en gruppe af organismer uden cellekerne. De henregnes til bakterier, men udfører fotosyntese ligesom alger. (Foto: Bob Blaylock)

Men selv om alger og planter står for det meste af den fotosyntese, der sker på kloden i dag, var det mere enkle organismer, som opfandt den. Det var formentlig bakterier – små primitive celler – som først lagde strukturer for at udnytte energien i sollyset, for over tre milliarder år siden.

Disse fotosyntetiserende bakterier – cyanobakterier – lagde dermed også grundlaget for næsten al primærproduktion på kloden: De blev oprindelsen til de skabninger, som alle andre lever af.

Og det hele startede netop dér: Med at nogen spiste nogle andre.

Ufordøjet cyanobakterie startede fotosyntesen

Vi skal mindst en og en halv milliard år tilbage i tiden. Dengang, som nu, havde jorden kæmpe kontinenter, men de var fuldstændigt livløse.

I havene og i indsøer vrimlede det til gengæld med liv: Der var massevis af cyanobakterier, som levede af sollys, og en hel horde af andre primitive celler, som gnaskede cyanobakterier i sig og brugte indholdet som næring.

Men så skete altså det, som skulle ændre historien for altid:

En af cellerne, som spiste en cyanobakterie, lod være med at fordøje den.

I stedet fortsatte cyanobakterien sit arbejde, men inde i cellen. På den måde gik jægeren glip af en måltid, men i stedet fik den en kloroplast – et permanent solenergiværk inde i kroppen.

Verdens første alge, med egen organel til fotosyntese, var født.

»Cyanobakterien blev en del af en anden celler, som derefter blev kopieret til dattercellerne,« siger forskeren Kamran Shalchian-Tabrizi fra Microbial Evolution Research Group (MERG) ved UiO, som har arbejdet meget med at forstå disse tidlige episoder.

»Dette er den mest radikale bioteknologiske begivenhed, man kan tænke sig!«

Én ur-alge er måske ophav til alle planter

Det lyder jo unægtelig ganske simpelt: Slug en cyanobakterie – få fotosyntese.

Tegning af algen Cyanophora paradox, med grøn kloroplast. Forskerne begynder at hælde mod, at hele Jordens mangfoldighed af planter og alger stammer fra én og samme ur-alge. Altså fra én eneste vellykket alliance mellem en cyanobakterie og en anden enkeltcelle.(Foto: Susanne Ruemmele)

Men det var det garanteret ikke.

Værts-cellen stod over for mange store udfordringer: At få bakterien til at overleve indvendigt. At forhindre den i at stikke af. Og at få den til at følge med til dattercellerne under celledelingerne.

Blandt alle de fantasillioner af celler, som må have spist cyanobakterier op gennem historien, er det sandsynligvis kun yderst få, som klarede en varig sammensmeltning kaldet ’endosymbiose’.

Forskerne begynder faktisk at hælde mod, at hele jordens mangfoldighed af planter og alger stammer fra én og samme ur-alge. Altså fra én eneste vellykket alliance mellem en cyanobakterie og en anden enkeltcelle.

»Det sidste ord er ikke sagt om sagen«

For nyligt publicerede en forsker, Dana Price fra Rutgers University og hendes hold af internationale forskere, resultaterne fra en meget detaljeret DNA-undersøgelse af Cyanophora paradoxa, der er en af de mest primitive alger, som findes.

Disse analyser peger netop i retning af, at både C. paradoxa og alle andre skabninger, som laver fotosyntese, oprindeligt stammer fra én begivenhed, konkluderer forskerne i tidsskriftet Science.

Den eneste mulige undtagelse er en speciel type amøber, som også ser ud til at have klaret at fange en cyanobakterie. Men dette må være sket på et meget, meget senere tidspunkt.

»Det kan godt tænkes, at dette stemmer,« kommenterer Kjetill S. Jakobsen fra CEES, som alligevel understreger, at en række fotosyntetiske skabninger i sidste ende udvekslede kloroplastre ved at sluge hinanden. Dette skete imidlertid senere – efter at den første sammensmeltning med en cyanobakterie havde fundet sted.

»Men den generelle udfordring er, at dette skete for meget længe siden. Rigtigt meget ændrer sig i løbet af så lang tid. Lad os sige, at der skete flere uafhængige begivenheder, hvor celler indtog cyanobakterier, men at disse bakterier lignede hinanden. Ville vi så kunne finde ud af at opdage, at dagens alger og planter stammede fra flere begivenheder?«

»Derimod er tanken om, at det bare skete én gang, attraktiv. Den gør det hele mere enkelt. Og i fravær af gode beviser for noget andet, er det almindeligt, at man holder på det mest simple. Jeg tror dog ikke, at det sidste ord er sagt i denne sag,« konkluderer Kjetill S. Jakobsen.

© forskning.no Oversættelse: Julie M. Ingemansson

Videnskab.dk Podcast

Lyt til vores seneste podcast herunder eller via en podcast-app på din smartphone.


Se den nyeste video fra Tjek

Tjek er en YouTube-kanal om videnskab og sundhed henvendt til unge.

Indholdet på kanalen bliver produceret af Videnskab.dk's Center for Faglig Formidling med samme journalistiske arbejdsgange, som bliver anvendt på Videnskab.dk.