Home

Ontstaan van de eukaryote cel

Prokaryote cellen van bacteriŽn zijn erg complex, toch is dit nog niets vergeleken met de eukaryote cellen van planten en dieren. Die hebben allerlei aparte onderdelen (organellen) die bacteriŽn niet hebben. Het belangrijkste organel is de celkern met het DNA.

De eukaryote cel is rond 1700 miljoen jaar geleden†geŽvolueerd†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 geŽvolueerd uit de prokaryoten. Voor de evolutie van prokaryoten tot eukaryoten zijn verschillende onderdelen nodig.†Drie belangrijke onderdelen zijn:

  1. Cytoskelet
  2. Kern
  3. MitochondriŽn 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 ťťn 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 mitochondriŽn en bladgroenkorrels


Ontstaan van mitochondriŽn 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: mitochondriŽn en chloroplasten. In mitochondriŽn 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 mitochondriŽn en bladgroenkorrels zijn ontstaan uit vrijlevende bacteriŽn. Deze bacteriŽn 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 mitochondriŽn. Die eukaryote cel†had zuurstof nodig om† met mitochondriŽn 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 mitochondriŽn 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 mitochondriŽn en bladgroenkorrels zijn ontstaan door endosymbiose

MitochondriŽn 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 bacteriŽn.

Vermenigvuldiging van organellen

MitochondriŽn en bladgroenkorrels kunnen alleen ontstaan uit andere mitochondriŽn en bladgroenkorrels. Ze vermenigvuldigen zich door te delen, net als bacteriŽn. Andere organellen zoals de kern en het ribosoom ontstaan uit cytoplasma.

De organellen hebben een dubbel membraan, ťťn ervan wordt gemaakt uit het cytoplasma en ťťn 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 bacteriŽn 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 bacteriŽn

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 bacteriŽn, vatbaar voor een bepaald antibiotica (tetracycline), terwijl de rest van de eukaryote cel hiervoor immuun is.

Terug naar het ontstaan van het mitochondrion

Februari 2007
Redactie Natuurinformatie Naturalis