Over het ontstaan van leven en van de vele soorten die we op aarde kennen blijven wetenschappers speculeren. Darwin stelde in zijn Origin of species dat door toevallige mutaties en natuurlijke selectie de best aangepaste levensvormen overleefden en dat daarmee het mechanisme van evolutie beschreven is. Die theorie, die niet meer dan een theorie is waarvoor géén bewijzen bestaan, is door velen als onvoldoende gekwalificeerd om het gehele ontstaan van het biologische leven zoals we dat nu kennen te verklaren. Eén alternatief geluid is dat van de Amerikaanse biologe Lynn Margulis. Zou houdt het er op dat complexere levensvormen ontstaan zijn door symbiose van eenvoudiger levensvormen. De eukaryotische cel zou ontstaan zijn door een samengaan van verschillende soorten van bacteriën.
Lynn Margulis, Distinguished University Professor Geosciences aan de universiteit van Massachusetts-Amherst en schrijfster van opwindende boeken als Symbiotic Planet, What is Life (met haar zoon Dorion Sagan) en Acquiring Genomes, werd als Lynn Alexander, oudste dochter van Morris Alexander (jurist en zakenman) en Leone Wise (reisleidster), in 1938 geboren in Chicago. Ze ging naar de Hyde Park High School en al op de leeftijd van veertien jaar naar de universiteit van Chicago, waar ze in 1957 haar graad behaalde. Hetzelfde jaar trouwde ze met de later beroemd geworden astronoom Carl Sagan. Daarna studeerde ze genetica en zoölogie aan de universiteit van Wisconsin, waarin ze in 1960 afstudeerde. In 1963 scheidde ze van Sagan. Ze promoveerde in 1965 en datzelfde jaar trouwde ze met de chemicus Thomas Margulis, van wie ze in 1978 scheidde, maar zij bleef haar werk onder zijn achternaam voortzetten. Samen met Tony Swain was Margulis in 1979 de oprichter van het Planetary Biology Internship, die het gevorderde studenten mogelijk maakt om te participeren in biologisch onderzoek van de NASA.
Het idee van symbiogenese is begin twintigste eeuw voor het eerst geopperd door de Russische bioloog Mereschowski. Maar in 1893 vermoedde de Duitse Andrea Schimper dat chloroplasten heel vroeger bacteriën waren. In haar proefschrift uit 1965 liet Lynn Margulis voor het eerst een endosymbiontenhypothese zien: eukaryote cellen zouden zijn voortgekomen uit symbiose van diverse soorten bacteriën. Margulis stelde dat complexe celorganellen evolutionaire bewijzen ervoor zouden bevatten. In 1967 werd haar verhandeling Origins of Mitosing Cells (De oorsprong van cellen met mitose) in de Journal of Theoretical Biology gepubliceerd. Margulis voorzag haar weinig invloedrijke gedachte in de jaren zeventig van een stevig fundament, onder meer in haar in 1970 gepubliceerde boek The Origin of Eukaryotic Cells. Ze bracht er een kleine revolutie in de biologie mee teweeg en werd op slag wereldberoemd. In 1983 werd zij gekozen als lid van de Nationale Academie van Wetenschappen. Haar SET-theory wordt tegenwoordig in wijde wetenschappelijke kring aanvaard. In 2008 kreeg ze de Darwin-Wallace Medal van de Linnean Society of London.
Margulis’ theorie stelt dat bacteriën tijdens de eerste drie miljard jaar van de evolutie meermalen met elkaar zijn versmolten, waarbij de cellen ontstonden van dieren, planten en de andere ‘hogere’ levensvormen, al naar gelang welke bacteriën met elkaar in symbiose gingen leven. Aërobe bacteriën gingen vanaf twee miljard jaar geleden een symbiose aan (een verregaande vorm van samenwerking: ze fuseerden) met grote Amoebe-achtige cellen en werden mitochondriën. De bacterie verkreeg zo voedsel, de Amoebe-achtige een energieleverancier. Fotosynthetiserende (cyaan-)bacteriën werd chloroplasten. Ciliaten hebben ons volgens Margulis de harige structuren op cellen gegeven (luchtpijp, darmen). En de spirocheten – spiraalvormige, snel bewegende bacteriën – gaven onze cellen centriolen (die bij celdeling de chromosomen verdelen) en maakten dat spermacellen zo hard kunnen zwemmen. Ons eigen lichaam is volgens Margulis in feite een gigantische verzameling bacteriën die zich georganiseerd hebben in cellen en organen, en die met z’n allen zo op elkaar inwerken dat ze een zelfstandig organisme zijn gaan vormen – wij.
Pas na haar publicatie in 1967 werd goed duidelijk dat mitochondriën en bladgroenkorrels hun eigen DNA meedragen: het maakte de symbiose-theorie in een klap geaccepteerd. Margulis staafde haar symbiont-idee indertijd met transmissie-experimenten, zo licht ze nu toe. ’De meeste eigenschappen gedragen zich Mendeliaans: als je groen met wit kruist, zijn alle nakomelingen groen, als die kruist krijg je groen en wit in de verhouding drie staat tot één, et cetera. Echter, er waren ook eigenschappen binnen organismen die zich niet-Mendeliaans gedragen, zoals bepaalde eigenschappen van chloroplasten. Die eigenschappen werden door één ouderorganisme bepaald en niet door twee. We wisten dat bacteriën en virussen zich niet-Mendeliaans gedragen en dat naakte genen in eukaryoten niet bestaan – ze zijn omgeven door een biologische entiteit. De beste verklaring was daarom de aanwezigheid van micro-organismen.
De oorspong van chloroplasten en mitochondriën is inmiddels middelbare-schoolstof. Toch is niet de gehele endosymbiose-theorie gemeengoed. Margulis: ’We have won three out of four’. Eén is de oorspong van het cytoplasma, van archaeabacteria. Twee is mitochondriën, drie chloroplasten. Vier is cilia, aan het bewijs daarvoor werken we nu. Deze week (2002, red.) verschijnt ons artikel in PNAS over de oorspong van cilia en de kern.
Margulis vermoedde dat daar fossiel bewijs voor moest zijn: tussenvormen van pro- en eukaryoten. Een Nederlander leek uitkomst te bieden. ‘Ik wist toen niets van geologie: ik begon als genetica-student, en had me op bacteriën gestort. Maar ik kwam een boek tegen van M.J. Rutten, uit Utrecht. Eenmaal heb ik hem ontmoet, de man is inmiddels overleden. Zijn boek heette Origins of life, over fossielen uit het precambium. In mijn manuscript verwees ik naar hem. ’Omdat ik me onzeker voelde in dit nieuwe vakgebied, stuurde ik mijn artikel op naar Elso Barghoorn, de befaamde hoogleraar van Harvard universiteit. Vier maanden later belde hij mij op. “Ik ben het niet oneens met je,” zei hij, “maar dat fossiele archief klopt niet.” Al mijn fossiele voorbeelden kwamen uit dat boek. It was all wrong! ’Rutten ging overigens af op data van anderen. Barghoorn gaf me vanaf toen tot aan zijn dood lessen in het fossiele archief van het precambium. Hij is de founder van precambium paleobiologie, een fantastische man. Ik corrigeerde de fouten in het artikel (Origin of nucleated cells) en het werd gepubliceerd. We hebben in amber geconserveerde fossielen gevonden van termieten uit het Mioceen (20 miljoen jaar geleden), recenter dan het precambium dus. Daarin zagen we karyomastigonten, structuren die zijn ontstaan doordat langwerpige spirocheten zich deels in archaea-bacteriën hebben geboord.’ Margulis stelt dat het DNA van beide bacteriën zich gemengd heeft en vanuit het endoplasmatisch reticulum voorzien werd van een membraan: de celkern. De langwerpige structuren die buiten de oorspronkelijke archaeabacterie bleven hangen, zijn geworden tot wat we nu cilia (haartjes) noemen.’
Vandaag de dag erkennen vrijwel alle deskundigen dat symbiogenese een rol speelt in de evolutie. Maar voor haar stelling dat dit het enige evolutionaire mechanisme is, krijgt Margulis nauwelijks bijval. De meeste experts blijven erbij dat moeder natuur veel meer trucs aanwendt om genetisch materiaal te veranderen: ze verdubbelt hele stukken DNA, keert ze om, verplaatst ze, brengt er kleine mutaties in aan, enzovoort.
Lynn Marcelis wordt ook beschouwd als de moeder van de Gaia-theorie, genoemd naar de godin van de aarde uit de Griekse mythologie. De Gaia-hypothese beschouwt de aarde als een zichzelf regulerend organisme; Margulis beperkt zich overigens tot een strook van 20 kilometer breedte, 8 km boven en 12 km onder het aardoppervlak. Zo kunnen oceaanalgen met het uitstoten van dimethylsulfide-gas de vorming van wolken stimuleren en zo de hoeveelheid invallend zonlicht reguleren. ‘De Gaia-hypothese stelt dat de samenstelling van reactieve gassen, de zuurgraad, de oxidatietoestand van biologisch belangrijke elementen als koolstof, zwavel, stikstof en fosfor, en de oppervlaktetemperatuur bepaald worden door het leven op aarde. Maar let wel, Gaia is erg complex en er bestaan vele definities.’ Margulis vermoedt nog veel meer Gaia-fenomenen. ‘Dit zijn mijn suggesties voor verder onderzoek: regen is een biologisch fenomeen; de laterale beweging van de tektonische platen; het vergroten van raakvlakken tussen vaste, vloeibare en gasvormen; de kringloopbewegingen van metalen en fosfor; en het behouden van zout in de oceanen.’ Ze is niet de bedenker van Gaia. Wijlen Vladimir Vernadsky opperde het idee, en James Lovelock gaf de hypothese een naam en faam. Margulis: ‘Vernadsky is de grootvader van Gaia, James Lovelock de vader en Peter Westbroek de stiefvader.’ En over de planeet Mars: ‘Eigenlijk zouden we naar Mars moeten. Als wij Mars koloniseren, heeft Gaia zich voortgeplant en is de Gaia-hypothese bewezen.’
Deze Gaia-theorie is niet bepaald een geaccepteerd gedachtegoed binnen de biogeologie. Het Britse wetenschapsblad Nature schreef ooit een vernietigend commentaar over Gaia. Margulis versterkte het zweverig aura dat aan Gaia kleeft. Een filmpje over ‘moeder aarde’ had ze voorzien van een ritmische new age-muziek, zodat ze er zelf overheen moest schreeuwen (‘The earth has a face and it’s name is Gaia’). Het maakte haar presentatie even spannend als surrealistisch.
Daarmee neemt Lunn Marcelis een eigen plaats in in het debat over evolutie en geloof. Ze kiest ogenschijnlijk voor de New Age visie, dat een pseudo-religueze opvatting is over natuur en bovennatuur, zonder daar een helder onderscheid in aan te brengen, en welke de joods-cnristelijke openbaring in bij bel en christelijke (katholieke) traditie terzijde schuift. Het bestaan van een persoonlijke God, schepper van hemel en aarde wordt ontkent evenals zijn zelfopenbaring in de persoon van Jezus, de christelijke filosofie over de relatie natuur en bovennatuur en geloof en wetenschap. Toch was Lynn Marcelis een van de sprekers tijden het door het Vaticaans georganiseerde congres over Biologische Evolutie, begin maart 2009, waar ze vooral op haar symbyogenese-theorie inging, wat als een welkome aanvulling werd ervaren op het enge neodarwinisme met zijn evolutie door toevallige mtaties en natuurlijke selectie alleen.
Bron: Wikipedia/Trouw/De Gids/Kennislink/Bionieuws
