I 1967 – for femti ?r siden – lanserte en av verdens mest kjente biologer, den amerikanske professoren Lynn Margulis (1938–2011), en oppsiktsvekkende og kontroversiell teori om hvordan helt vesentlige egenskaper i cellene til b?de planter, dyr og oss mennesker ble dannet. Etter et par ti?r med diskusjoner og dyp skepsis, ble teorien omsider anerkjent.
I november blir femti?rsdagen for teorien markert med et stort symposium ved Universitetet i Oslo.
Overgangen til celler med kjerner
I motsetning til alle bakterier har cellene v?re cellekjerner. Celler med cellekjerner kalles eukaryote celler. Motstykket er prokaryote celler. I de prokaryote cellene flyter alt, b?de proteinene og genene, om hverandre i cellev?sken.
De eukaryote cellene har ikke bare cellekjerner, men ogs? en rekke organeller. Hver av organellene har sine helt spesielle oppgaver.
Selv om biologene allerede i lengre tid hadde kjent til forskjellen mellom prokaryote og eukaryote celler, var det f?rst p? sekstitallet at de slo fast at denne forskjellen var vesentlig for det moderne livet p? Jorda.
– Det store sp?rsm?let ble da hvordan de eukaryote cellene ble dannet og hvor alle organellene i cellene v?re kommer fra, forteller professor Kamran Shalchian-Tabrizi p? Institutt for biovitenskap ved UiO. Han leder forskningsgruppen Morphoplex som jobber med ? forst? de store endringene i livets historie.
Fascinerende evolusjon
De f?rste cellene p? Jorda var bakterier og arkebakterier. Arkebakterier skiller seg fra bakterier blant annet ved at de klarer seg i ekstreme omgivelser. De var alle prokaryote.
De prokaryote cellene er de enkleste cellene p? Jorda og ble dannet allerede for 3,5 milliarder ?r siden. Til sammenligning er Jorda 4,6 milliarder ?r gammel.
– Hele livet stammer fra én eneste celle, forteller Klaus H?iland p? Institutt for biovitenskap. Han har de siste 25 ?rene f?tt en rekke priser for sin evne til ? formidle biologi p? en folkelig m?te.
H?iland p?peker at cellene er basert p? noen viktige prinsipper: En membran som holder cellesaften p? plass, metabolisme som kan drive cellen og et arvemateriale som kan s?rge for formering og spredning av genene til neste generasjon.
– Du kan sammenligne cellen med et skip. Den m? ha et skrog, en fyrb?ter som kan fyre opp skipet og en kaptein som kan styre det. Kapteinen m? kunne gi beskjed til fyrb?teren og omvendt, slik som at skipet mangler fyring, forteller Klaus H?iland.
Alle de molekyl?rbiologiske reaksjonene i de encellete organismene fungerer inne i et sluttet system, og alle systemene i cellen er avhengige av hverandre. Hvis ikke hadde det blitt anarki.
– Det tok nok noen hundre millioner ?r ? utvikle dette, beretter Klaus H?iland.
De prokaryote cellene r?dde p? Jorda i én til to milliarder ?r og klarte seg utmerket alene.
Cellekjerne
S? skjer noe vesentlig. De eukaryote cellene, alts? celler med cellekjerner, dukker opp.
De eukaryote cellene har trolig utviklet seg fra arkebakterier.
– Det var billioner p? billioner av prokaryote organismer p? Jorda. Den ene blir en eukaryot celle, og den overlevde. Denne overgangen kan ha skjedd millioner p? millioner av ganger, fordi man hadde millioner av ?r til disposisjon, men vi har bare bevis for at denne overgangen skjedde én gang, forteller Klaus H?iland.
I motsetning til hos de prokaryote cellene er alt DNA-et samlet i cellekjernene.
– Hvor cellekjernen kommer fra, er enn? ikke kjent, men her fins det mange teorier. Noen har tidligere ment at cellekjernen oppstod fordi det ble dannet en membran rundt arvestoffet, og at cellekjernen ikke ble dannet gjennom endosymbiose, at membranen rett og slett ble dannet inne i en prokaryot organisme, forteller Klaus H?iland.
Dette trodde biologene lenge p?, inntil de oppdaget at et par av organellene var kledd med en dobbeltmembran.
Dette kunne forklares med teorien til Lynn Margulis. Teorien hennes, som ble kalt for endosymbioseteorien, handlet om at de enkelte organellene i de eukaryote cellene ble dannet fordi to prokaryote celler slo seg sammen. Endosymbiose betyr at den ene av organismene lever inne i den andre.
Sammensl?ingen av cellene kan ha skjedd p? forskjellige m?ter. En mulighet er at den ene fors?kte ? spise den andre. En annen er at den ene fors?kte ? parasittere en annen. Det betyr at den ene cellen har trengt seg inn i verten i et fors?k p? ? spise den opp innenifra. En tredje mulighet er at de to cellene av en eller annen merkelig grunn bare slo seg sammen.
Cellen som havnet inne i vertscellen kalles endosymbionten. Begge cellene m? ha hatt en evolusjonsfordel av 澳门葡京手机版app下载et. Essensielle gener fra endosymbionten ble flyttet til vertens DNA. Verten begynte da ? produsere proteiner som endosymbionten trengte.
avanserte DNA-analyser er det mulig ? vise at de to organellene var mitokondrier, som er energimotoren i cellene v?re, og mitokondrier, som driver fotosyntesen i planter og alger, er dannet gjennom endosymbiose. Foto: Picturepoint
Energimotoren
En av organellene med dobbeltmembran er mitokondrie. Den er energimotoren i cellene v?re. Uten mitokondriene hadde ikke cellene v?re klart ? leve mer enn noen timer.
En del av endosymbioseteorien handler nettopp om hvordan mitokondriene ble en del av cellene v?re.
Mitokondriene ble til etter at atmosf?ren fikk oksygen. Jobben til mitokondriene er ? danne energi ved ? forbrenne glukose med oksygen. Da dannes energien ATP, som er brenselet i cellene v?re.
– N?r du sykler, trenger muskelcellene dine energi. Da trenger cellene ATP. Uten ATP ville du ikke ha kommet s? langt, forklarer Klaus H?iland.
En annen organelle, som ogs? stammer fra endosymbiose, er kloroplast. Kloroplast finnes bare i planter og i alger. Jobben dens er ? danne glukose fra fotosyntesen.
Med moderne DNA-metoder vet biologene i dag at mitokondriene ble skapt f?r kloroplastene.
Mitokondriene la grunnlaget for dyr og sopp. I neste omgang kom kloroplasten – som la grunnlaget for planter og alger.
– Endosymbiosen av mitokondriene og kloroplastene er to av de viktigste hendelsene i livets historie – b?de for oss mennesker og for den enorme biodiversiteten p? Jorda. Lanseringen av endosymbioseteorien er derfor s? viktig at den burde ha f?tt en merkedag i kalenderen. Mitokondriene og kloroplastene er eksempler p? biologisk innovasjon med kolossale konsekvenser, poengterer Kamran Shalchian-Tabrizi.
Norsk professor fikk mest rett
Lynn Margulis ble verdensber?mt for endosymbioseteorien. Det er derimot langt mindre kjent at den norske professoren Jostein Goks?yr (1922–2000), fra Universitetet i Bergen, samtidig lanserte en nesten identisk teori. Begge ble publisert i vitenskapelige tidsskrifter, uavhengig av hverandre.
Begge forskerne blir beh?rig omtalt under universitetets jubileumsfeiring av endosymbioseteorien i november.
Selv om Lynn Margulis og Jostein Goks?yr lanserte teorien samtidig, var de uenige om hvor mye som er skapt gjennom endosymbiosen.
Lynn Margulis mente at b?de cellekjernen og alle organellene ble dannet gjennom endosymbiose. Jostein Goks?yr hevdet derimot at bare to av organellene, mitokondriene og kloroplastene, ble dannet gjennom endosymbiose.
Selv om Lynn Margulis ble ber?mt for hypotesen sin, er det tankene til den mer anonyme Jostein Goks?yr som er allment anerkjent i dag.
H?na eller egget
Biologene har lenge diskutert om cellekjernen eller mitokondriene kom f?rst.
– Mitokondrier har v?rt en forutsetning for de eukaryote cellene. Hadde det v?rt s? enkelt at kjernen kom f?rst, burde det finnes celler som ikke har mitokondrier, sier Klaus H?iland.
Likevel finnes det eukaryote celler uten mitokondrier. Derfor kunne Lynn Margulis ha hatt rett. Hun mente at kjernen kunne ha kommet f?r mitokondriene, men n? vet man – gjennom DNA-analyser – at alle n?levende eukaryote celler en eller annen gang har hatt mitokondrier.
I celler uten mitokondrier er det mulig ? finne til dels reduserte mitokondrier. I disse cellene har man ogs? oppdaget at DNA-et fra mitokondriene har havnet i DNA-et i cellekjernen.
Et eksempel p? en mitokondriefri celle er tarmparasitten Giardia som ?dela drikkevannet i Bergen h?sten 2004. Denne ekle, sykdomsfremkallende parasitten trenger ikke oksygen for ? lage energi. Den har derfor ikke noe behov for en mitokondrie.
Men selv om den ikke har en mitokondrie, har forskere funnet rester av mitokondriens gener i cellekjernens eget DNA.
– Det betyr at den ene hypotesen til Lynn Margulis faller. Alle eukaryote celler har en eller annen gang hatt mitokondrier, p?peker Klaus H?iland.
Lynn Margulis mente ogs? at organellene, slik som sentriolen og flagellen, stammer fra andre prokaryote organismer. Sentriolen organiserer kromosomene n?r cellen deler seg. Flagellen har ansvaret for bevegelse, og noen ganger er flagellen viktig n?r cellen skal ta til seg f?de, feste seg eller formere seg.
– Poenget er at ingen har klart ? finne arvemateriale verken i sentriolen eller flagellen. Det er fristende ? tro at ogs? disse organellene har hatt et eget liv, men fordi de mangler DNA er dette umulig ? bevise. Hvis de tidligere har v?rt en egen organisme med DNA, er enten alt DNA-et flyttet over til kjernen eller blitt redusert bort, forteller H?iland.
Lynn Margulis m?tte mye motgang med endosymbioseteorien sin.
– Alle slike revolusjonerende hypoteser trenger tid f?r de fester seg. Selv om man visste at mitokondrier og kloroplast inneholder DNA, tenkte mange at dette DNA-et bare var en kuriositet. Tanken p? at disse organellene skulle skyldes innflytelse av organismer utenifra, ble nesten sett p? som at det hadde v?rt aliens med i bildet, forteller Klaus H?iland.
Uenigheten var stor og temperaturen h?y. Det tok derfor tjue ?r f?r endosymbioseteorien ble akseptert.
Nesten i glemmeboken
Mens Lynn Margulis ble verdenskjent for teorien sin – ikke minst gjennom sine mange foredrag og popul?rvitenskapelige b?ker, har Jostein Goks?yr n?rmest g?tt i glemmeboken.
– Goks?yrs bidrag er underkommunisert og glemmes ofte. Margulis var en fremtredende stemme i biologien, men artikkelen til Goks?yr var likevel meget viktig, p?peker Kamran Shalchian-Tabrizi.
Selv om Jostein Goks?yr bare gjorde dette ene arbeidet innen endosymbioseteorien, er det nettopp han som traff blink med ideene sine.
– Goks?yr hevdet at bare kloroplaster og mitokondrier stammer fra andre prokaryote bakterier.
Det er det vi kan bevise i dag. Tegningene hans fra den gangen brukes fortsatt i dagens l?reb?ker. Den eneste forskjellen fra artikkelen i det vitenskapelige tidsskriftet Nature er at tegningene hans er st?sjet litt opp, sier H?iland.
Det var ogs? Goks?yr som beskrev hvordan endosymbioten gjennom genoverf?ring ble avhengig av verten.
– Denne teorien er fortsatt sentral i evolusjon?r cellebiologi.
Det endelige beviset for endosymbioseteorien fikk forskerne da det ble mulig ? analysere DNA i mitokondrier og kloroplaster og sammenligne disse med DNA fra frittlevende organismer.
Slikt arbeid er sv?rt krevende. Her trengs det ikke bare hel-sekvensering av DNA-strenger. For ? kunne sammenligne de enormt lange DNA-strengene p? flere milliarder basepar, trengs det ogs? regnekrevende, statistiske metoder og lang kj?retid p? superhurtige datamaskiner. Dette fagfeltet kalles bioinformatikk.
– Det var spesielt krevende ? finne ut av hvor mitokondriene kommer fra. Derimot var det lettere ? finne slektskapet til kloroplastene, forteller Klaus H?iland.
Anders Goks?yr, s?nnen til Jostein Goks?yr, var bare ti ?r gammel da hans far lanserte endosymbioseteorien. Han er i dag professor i biologi p? Universitetet i Bergen og er invitert som ?resgjest til femti?rsmarkeringen ved Universitetet i Oslo.
– Min far og Lynn Margulis skrev noenlunde samtidig, men visste ikke om hverandres arbeider f?r de kom p? trykk. Far ble oversett og burde kanskje f?tt litt mer ?re for teorien. Far sa at Lynn Margulis, uavhengig av ham, kom frem til at endosymbioseteorien var en viktig drivkraft for evolusjonen. Han hadde evne til ? se lenger enn den etablerte kunnskapen. Far p?pekte enda sterkere enn Lynn Margulis at det var de prokaryote bakteriene som ble tatt opp i verten, og at de ikke levde videre som et selvstendig genom, men at man kunne finne rester av genomet i mitokondriene og kloroplastene, forteller Anders Goks?yr. Han legger til at den vitenskapelige artikkelen ene og alene var basert p? teoretisk grubling.
Anders Goks?yr forteller at det var Lynn Margulis som fulgte opp teorien i etterh?nd og at det var hun som – i mye st?rre grad enn hans far – m?tte kjempe for teorien. Men det er teorien til Jostein Goks?yr som har vunnet frem og er blitt den vanligste tankegangen i dag.