Det er kun ganske få begivenheder i evolutionshistorien, der er så skelsættende, at de ændrer livet og verden for altid. Tag for eksempel, dengang en organisme udviklede fotosyntese - altså evnen til at bruge sollys til at lave sukker.
En mindre kendt, men måske lige så vigtig, begivenhed handler om nitrogen - måske bedre kendt som kvælstof.
Kvælstof er en uundværlig ingrediens i vores DNA og i proteiner, som er essentielle byggesten i alt fra virusser til mennesker.
Som udgangspunkt skulle man måske tro, at dette behov for kvælstof er helt uproblematisk, for vores omgivelser er oversvømmet med det. Over tre fjerdedele af luften i atmosfæren består faktisk af rent kvælstof.
Lynnedslag kan omdanne kvælstof
Men det kvælstof, som er i atmosfæren, er næsten umuligt at få fat på. Det er i en form, som hverken planter eller dyr er i stand til at bruge.
Forskellige processer - for eksempel lynnedslag - kan omdanne kvælstof fra luften til former, som levende væsener kan optage. Og det var sådanne kvælstofkilder, de første skabninger på Jorden brugte.
Men disse kilder skaber alt for lidt kvælstof til at opfylde behovet for livet på Jorden, som vi kender det i dag.
Og det er her, vi kommer frem til den afgørende begivenhed.
Kvælstoffiksering var en milepæl
For flere milliarder af år siden - forskerne ved ikke præcist hvor mange - opstod en mikroorganisme med en helt særlig egenskab: Den kunne tage kvælstof fra luften og omdanne det til ammoniak – et nitrogenholdigt stof, som levende væsener kunne bruge.
Det var naturligvis en enorm fordel for mikroorganismen, men også for livet på jorden, for når først den lille celle havde lavet ammoniak, kunne andre væsner også få fat i stoffet ved at spise bakterien.
Efterhånden gav disse første mikroorganismer ophav til en mangfoldighed af kvælstoffikserende bakterier. De sørgede for, at livet på Jorden havde langt mere kvælstof til rådighed.
»Udviklingen af kvælstoffiksering ændrede uden tvivl næsten hvert eneste hjørne af biosfæren,« skrev Holly R. Rucker og Betül Kaçar i en artikel i tidsskriftet Trends in Microbiology i 2023.
Mere end 90 procent af kvælstoffet i alle levende skabninger er i dag leveret netop af sådanne organismer, ifølge Britannica.
Samarbejder med bakterier
For planterne er kvælstof helt afgørende for vækst. Vi mennesker hjælper ofte vores planter ved at tilføre forskellige typer gødning, som netop indeholder nitrogen. Men flere planter har også taget skridt mod at sikre deres egen tilførsel.
En række planter har indgået partnerskaber - symbioser - med kvælstoffikserende bakterier. Planter som kløver og bønner har for eksempel udviklet deres egne rodknolde med gode leveforhold for kvælstoffikserende bakterier.
Men for nylig opdagede Tyler Coale fra University of California, Santa Cruz og hans kolleger noget temmelig opsigtsvækkende.
De fandt, at algen Braarudosphaera bigelowii - en encellet plante - ikke kun samarbejdede med en kvælstoffikserende bakterie. Den havde optaget bakterierne i sig.
Nitroplasten får sit navn
Det er ikke usædvanligt at finde bakterier inden i celler. Det var faktisk set før, B. bigelowii indgik et samarbejde med den kvælstoffikserende bakterie Candidatus Atelocyanobacterium thalassa (UCYN-A).
Men forskerne havde tidligere ikke et helt klart billede af, hvordan dette samarbejde udartede sig.
Det er ofte meget svært at dyrke encellede organismer i laboratoriet, og så kan det være næsten umuligt at undersøge dem grundigt.
Men det lykkedes Tyler Coale og hans samarbejdspartnere at få algerne til at overleve og dele sig i laboratoriet, og det gjorde det muligt for dem at studere organismen i alle faser af dens livscyklus.
Forskerne fandt, at det ikke længere var et samarbejde mellem to organismer. UCYN-A var simpelthen holdt op med at opføre sig som en selvstændig bakterie og var i stedet forvandlet til et organel – et lillebitte organ inde i algecellen.
Forskerne navngav organellet 'nitroplast'.
»Kæmpe skridt«
På samme måde som andre organeller var nitroplasten blevet afhængig af mange af algecellens gener og stoffer for at fungere, og når algecellerne delte sig, delte nitroplasterne sig samtidig, så de nye celler også fik nitroplaster.
»Den tidligere bakterie kan anses som et organel, som algecellen har fuldstændig kontrol over,« skriver Ramon Massana fra Institut de Ciències del Mar (CSIC) i Spanien, i en kommentar til det nye studie.
Det er intet mindre end en sensation i evolutionshistorien.
»Livet har taget et kæmpe skridt fremad,« siger Kamran Shalchian-Tabrizi, professor ved Institut for Biovidenskab ved Universitetet i Oslo.
»Så vidt vi ved, er noget lignende kun sket to gange før.«
Kamran Shalchian-Tabrizi refererer til to af de vigtigste begivenheder i livets historie: udviklingen af kloroplaster og mitokondrier.
To kæmpe begivenheder - og så én til
For flere milliarder af år siden førte en lignende kidnapning til udviklingen af mitokondrier – organeller, der omdanner sukker til energi inde i celler.
Det var en forudsætning for en mere avanceret celletype, som alle planter, dyr og svampe består af.
Den anden begivenhed fandt sted, da en sådan celle fangede en fotosyntesebakterie inde i sig. Den udviklede sig med tiden til en kloroplast (grønkorn) - et organel, der kan lave fotosyntese. Denne kloroplast var helt nødvendig for udviklingen af planter.
Og nu har vi opdaget nitroplasten, men hvilken rolle, den kommer til at spille i livets historie, er imidlertid ikke godt at vide.
Kan have stor betydning for livet
Tyler Coale og hans kolleger mener, at udviklingen af nitroplasten kan være startet for omkring 100 millioner år siden, altså meget senere end mitokondrierne og kloroplasten. Over lang nok tid vil den måske sprede sig til andre typer organismer, spekulerer de.
»Vi har set, at netop det kan ske med kloroplasterne. Dette organel er blevet overført til nye grupper af organismer via det, vi kalder 'seriel endosymbiose',« siger Kamran Shalchian-Tabrizi.
»Hvad der sker med nitroplasten over fremtidige historiske tidsperioder, er umuligt at forudsige, men vi kan ikke udelukke, at organellet overføres til andre typer organismer. Mest sandsynligt vil det så involvere encellede organismetyper, der har evnen til at spise eller omslutte alger med nitroplaster og stjæle organellet.«
»Ligesom kloroplasten kan nitroplasten få enorm betydning for udviklingen af biodiversitet på kloden,« siger Kamran Shalchian-Tabrizi.
Han udelukker heller ikke, at det i forvejen kan have større betydning, end vi kender til.
\ Læs også
Begrænset viden om mikroorganismer
Kamran Shalchian-Tabrizi mener ikke, det ville være særlig overraskende, hvis der findes andre organismer med nitroplaster eller tilfælde, hvor andre alger og kvælstoffikserende bakterier arbejder meget tæt sammen.
»Det her videnskabelige arbejde med nitroplast viser, at vi stadig har meget begrænset viden om grundlæggende forhold blandt mikroorganismer,« siger han.
»Det er usikkert, hvor mange forskellige endosymbioser, der er endt som organeller gennem livets historie. Tidligere var en udbredt teori, at sådanne endosymbioser var sjældne, men nu ved vi så, at evolutionen kan gentage sig mange gange og give anledning til organeller i mange forskellige organismegrupper.«
©Forskning.no. Oversat af Stephanie Lammers-Clark. Læs den oprindelige artikel her.
