Ontstaan van de eukaryote cel |  |
Prokaryote cellen van bacteriën zijn erg complex, toch is dit nog niets vergeleken met de eukaryote cellen van planten en dieren. Die hebben allerlei aparte onderdelen (organellen) die bacteriën niet hebben. Het belangrijkste organel is de celkern met het DNA.
De eukaryote cel is rond 1700 miljoen jaar geleden geëvolueerd uit prokaryoten.
Eukaryoten
Het grootste verschil tussen de prokaryoten en eukaryoten is natuurlijk de kern. Maar er zijn ook nog meer verschillen tussen eukaryoten en prokaryoten. De belangrijkste staan hieronder.
| Eukaryote cel | Prokaryote cel | |
| Plaats van DNA | In een kern | Los in cytoplasma |
| Lengte cel | 10-1000 micrometer | 1-10 micrometer |
| Plaats energie-voorziening | Cytoplasma en speciale organellen | Cytoplasma |
Cellen met celkern, eukaryoten, zijn geëvolueerd uit de prokaryoten. Voor de evolutie van prokaryoten tot eukaryoten zijn verschillende onderdelen nodig. Drie belangrijke onderdelen zijn:
- Cytoskelet
- Kern
- Mitochondriën en chloroplasten
Ontstaan van het cytoskelet
Een prokaryote cel kan voedsel alleen opnemen door transport door het celmembraan. Grote brokken voedsel kunnen het celmembraan niet passeren. De cel kan daarom alleen voedsel in de vorm van losse moleculen opnemen.
Prokaryoten hadden eiwitten die hielpen de vorm van de cel te bepalen. Bij sommige groeide dit uit tot een heel netwerk van eiwitten: het cytoskelet (link naar Cytoskelet en Centrosoom). Door dit cytoskelet hadden de cellen een grote controle over de celvorm. Door hun celmembraan te vervormen konden de cellen grote brokken voedsel opnemen en verteren (endocytose).
Doordat deze cellen grotere brokken voedsel konden opnemen en verteren, konden deze cellen sneller groeien dan de andere cellen. Het cytoskelet gaf ook nog andere voordelen. Door het cytoskelet konden de cellen intern transport beter regelen, ze konden bijvoorbeeld stoffen alleen naar één kant van de cel sturen.
Het cytoskelet gaf dus een selectievoordeel, waardoor het cytoskelet zich steeds verder ontwikkkelde.
Kern ontstaat door instulping van het celmembraan.
Bij prokaryoten ligt het erfelijk materiaal los in het cytoplasma. De energievoorziening vindt plaats op diezelfde plek. Bij de chemische processen van de energievoorziening komen afvalstoffen vrij. Sommige daarvan zijn giftig, zoals vrije radicalen. Deze giftige stoffen kunnen het erfelijk materiaal beschadigen, waardoor cellen kapot gaan.
Om het genetisch materiaal te beschermen tegen deze giftige stoffen kwamen er instulpingen in het celmembraan. Deze instulpingen zijn een afscheiding tussen het DNA en de schadelijke stoffen. Voor deze vervormingen is het cytoskelet belangrijk. Het cytoskelet werkt als botten en spieren in de cel.
Instulpingen in het celmembraan zorgen voor het ontstaan van de kern
Langzaam ontstond er een aparte ruimte voor het erfelijk materiaal. Dit ontwikkelt zich uiteindelijk tot een celkern.
De cel is hiermee een eukaryote cel geworden. Toch is dit niet nog niet de eukaryote cel zoals we hem kennen. Er missen nog een paar onderdelen, namelijk mitochondriën en bladgroenkorrels
Ontstaan van mitochondriën en bladgroenkorrels
Rond 1700 miljoen jaar geleden leefden allerlei soorten cellen op aarde, zowel eukaryoot als prokaryoot. In prokaryoten vinden de stofwisselingsreacties plaats in het cytoplasma. In eukaryote cellen vindt het plaats in speciale onderdelen: mitochondriën en chloroplasten. In mitochondriën vindt verbranding plaats, dit is het vrijmaken van energie met zuurstof. Planten hebben daarbij nog bladgroenkorrels (chloroplasten), hierin vindt fotosynthese plaats: het vastleggen van energie uit licht.
Een schematische afbeelding van een bacterie, dieren- en plantencel
Iedereen is ervan overtuigd dat mitochondriën en bladgroenkorrels zijn ontstaan uit vrijlevende bacteriën. Deze bacteriën zijn opgenomen door de eukaryote cel en leven in die cel verder. Dit proces van verderleven binnenin een andere cel heet endosymbiose.
Endosymbiose is in de jaren zestig herontdekt door de Amerikaanse biologe Lynn Margulis. Het idee was al in 1910 gesuggereerd door een Russische onderzoeker, maar daarna was het vergeten. Nu is het idee algemeen geaccepteerd, doordat er door de jaren heen veel aanwijzingen voor endosymbiose zijn gevonden.
Hoe is die endosymbiose dan in zijn werk gegaan? Eerst het ontstaan van het mitochondrion.
Ontstaan van het mitochondrion
In de oceaan zaten allerlei verschillende cellen. Sommige waren groot, andere klein. Een paar cellen gingen samenwerkingen aan. Zo ook een grote anaerobe, cel met kern en een kleine aerobe bacterie. Door de samenwerking konden andere cellen de kleine cel niet opeten. De grote cel kon niet goed tegen zuurstof, de kleine cel hield de zuurstofconcentratie laag. De twee cellen hadden dus allebei voordeel uit deze samenwerking.
Een kleine aerobe prokaryote cel (rood) en een anaerobe eukaryote cel (blauw) werken samen
De aerobe prokaryoot haalde door verbranding veel energie uit het voedsel. Het overschot van deze energie gaf de kleine cel aan de partner. Gedurende vele generaties ontwikkelde de kleine cel zich tot een energiefabriek van de grote cel. De twee cellen vormden een succesvol team, waarin de teamleden afhankelijk waren van elkaar.
Soms raakten de partners los van elkaar en ging het succesvolle team verloren. De grote cel ging daarom de partner langzaam steviger vasthouden. Dit leidde er uiteindelijk toe dat de grote cel de kleine cel helemaal had ingesloten. 
Er ontstond een steeds hechtere samenwerking. De grote cel sloot langzaam de kleine cel in.
De kleine aerobe cel leefde nu binnenin de grote cel verder en ontwikkelde zich langzaam tot een mitochondrion.
Ontstaan van de bladgroenkorrel
Planten hebben speciale organellen om energie te halen uit licht: de bladgroenkorrel. Ook dit organel is ontstaan door endosymbiose. Hoe is dit dan gegaan?
Een cyanobacterie kan energie halen uit licht, maar ze is klein en kwetsbaar. Ze zocht bescherming bij een eukaryote cel, met mitochondriën. Die eukaryote cel had zuurstof nodig om met mitochondriën veel energie te halen uit voedsel. De cyanobacterie maakte de zuurstof als bijproduct van fotosynthese.
Genoeg reden voor nog een samenwerking: de grote cel met mitochondriën sloot de cyanobacterie in. De cyanobacterie leefde verder binnenin de eukaryote cel en ontwikkelde zich langzaam tot bladgroenkorrel. Het nieuwe team kon energie halen uit licht. Het team ontwikkelde zich tot plantencel.
Conclusie
Met deze stappen zijn er verschillende typen eukaryote cellen ontstaan, zoals planten- en dierencellen. Deze cellen zijn groter en ingewikkelder dan de prokaryote cellen. De eukaryoten konden gaan evolueren tot meercelligen. Hierover gaat de volgende stap in de evolutie.
naar de tijdlijn naar de volgende stap
Februari 2007
Redactie Natuurinformatie Naturalis
Aanwijzingen dat mitochondriën en bladgroenkorrels zijn ontstaan door endosymbiose
Mitochondriën en bladgroenkorrels zijn speciale celonderdelen, organellen. Ze zorgen voor de energievoorziening in eukaryote cellen. De cellen van tegenwoordig bevatten allerlei aanwijzingen dat deze organellen zijn ontstaan door endosymbiose: het verderleven van een cel binnenin een andere cel.
Dit is een overzicht van de belangrijkste aanwijzingen die erop wijzen dat de organellen overblijfselen zijn van bacteriën.
Vermenigvuldiging van organellen
Mitochondriën en bladgroenkorrels kunnen alleen ontstaan uit andere mitochondriën en bladgroenkorrels. Ze vermenigvuldigen zich door te delen, net als bacteriën. Andere organellen zoals de kern en het ribosoom ontstaan uit cytoplasma.
De organellen hebben een dubbel membraan, één ervan wordt gemaakt uit het cytoplasma en één vanuit het organel. Het dubbele membraan wijst erop dat een bacterie is ingesloten die zijn eigen membraan heeft gehouden.
|
Het ontstaan van een dubbel membraan
Bij het insluiten behoudt de rode bacterie zijn eigen membraan (donkerrood). Daaromheen komt een gastheermembraan (donkerblauw). Zo ontstaat er een dubbel membraan (donkerrood en donkerblauw).
Organellen hebben eigen DNA
De organellen die zorgen voor energievoorziening hebben eigen DNA. Net als bij bacteriën is dit DNA circulair. Je kunt dit vergelijken met een touwtje waarvan de uiteinden aan elkaar zitten. Eukaryoot kern-DNA heeft losse uiteinden.
 |
Links: DNA van een bacterie en van de organellen heeft geen uiteinden. Rechts: een stuk DNA uit de kern heeft dat wel.
Organellen hebben eigen eiwitproductie, die lijkt op die van bacteriën
De organellen maken eigen eiwitten. Hiervoor hebben ze eigen eiwit producerende machines: ribosomen. Een ribosoom van zo'n organel lijkt meer op die van een bacterie dan op die van de rest van de eukaryote cel. Hierdoor zijn de organellen, net als bacteriën, vatbaar voor een bepaald antibiotica (tetracycline), terwijl de rest van de eukaryote cel hiervoor immuun is.
Terug naar het ontstaan van het mitochondrion