Eén van de belangrijkste stappen in onze evolutie had veel sneller gekund dan gedacht, zo blijkt.

De eerste organismen op aarde waren eencellig. Na verloop van tijd veranderde dat: meercellige organismen kwamen op en ontwikkelden zich tot complexe levensvormen. Hoewel die overstap van één naar meercellig heel belangrijk is geweest, weten we er maar weinig van.

Experiment
Wetenschappers van de universiteit van Minnesota besloten daar verandering in te brengen. Ze gingen aan de slag met micro-organismen: gist. Een logische keuze, zo legt onderzoeker Michael Travisano ons uit. “Gist is een geweldig organisme voor experimentele evolutie. Ze planten zich heel snel voort zodat meerdere generaties bestudeerd kunnen worden.” Bovendien kan gist heel gemakkelijk bewaard worden, waardoor hele oude generaties direct met nieuwe generaties vergeleken kunnen worden. “En doordat wij de omstandigheden tijdens dit experiment bepalen, kunnen we het experiment heel simpel of heel complex maken. Wij hielden het simpel.”

WIST U DAT…

…echte evolutie één miljoen jaar duurt?

Notendop
In een notendop: de onderzoekers creëerden omstandigheden waarin het voor de micro-organismen aantrekkelijk zou zijn om groter te worden. De micro-organismen vormden daarop meercellige clusters: ze plakken zichzelf aan elkaar vast. “Binnen twee maanden zagen we gist dat clusters – bestaande uit honderden cellen – vormt,” vertelt onderzoeker Will Ratcliff. “Wij noemen dat sneeuwvlok-gist.” Natuurlijk heeft die samenklontering voordelen, maar het is ook ingewikkeld. Want om succes te hebben, moeten deze eencelligen goed samenwerken. “Wanneer sneeuwvlok-gist ontstaat dan begint het zich te ontwikkelen als een eenheid en we zien de evolutie van een simpele vorm van werkverdeling. Sommige cellen in de cluster offeren hun leven op. Dat gedrag zou een eencellig organisme duur komen te staan, maar stelt de cluster in staat om het aantal jongen en de grootte van het nageslacht dat het produceert te bepalen.” En het nageslacht zet die trend voort. “Ze planten zich voort door meercellige propagules te maken en deze propagules zijn jongen. Zij moeten net zo groot worden als hun ouders voordat ze zich kunnen voortplanten.”

Wat zat ons dwars?
“Door te kijken hoe gist deze overgang doormaakt (van eencellig naar meercellig) krijgen we een idee van de stappen die in de natuur nodig zijn om meercelligheid mogelijk te maken.” Wat de onderzoekers vooral verbaasde is de snelheid waarmee meercelligheid zich ontwikkelt. Lang werd gedacht dat dat proces miljoenen jaren in beslag nam. Maar de onderzoekers bewerkstelligden het in twee maanden. Die resultaten roepen vragen op, zo legt Ratcliff uit. “Meercelligheid is niet zo vaak ontstaan (onze beste schattingen wijzen er op dit moment op dat het zo’n 25 keer gebeurde) en al deze overgangen vonden meer dan 200 miljoen jaar geleden plaats. Wij ontdekten dat meercelligheid in enkele weken kan ontstaan. In plaats van ons af te vragen ‘Hoe kan meercelligheid überhaupt ontstaan?’ moeten we nu uitzoeken waarom het zo lang duurde voordat meercelligheid op aarde ontstond en wat de evolutie van complexe meercellige organismen zoals dieren en planten tegenhield.”

Er wacht de onderzoekers nog heel wat werk, zo vertelt Travisano. Want het onderzoek kan enorme implicaties hebben. “We gebruiken ons systeem om grote vraagstukken omtrent meercelligheid te bestuderen. Denk aan de oorzaken van ouderdom en kanker.” Het volledige onderzoek van de onderzoekers is terug te vinden in het blad Proceedings of the National Academy of Sciences.