Mötet: En omfamning som skapade vår värld

Människans tillvaro hänger antagligen samman med en två miljarder år gammal passion mellan en bakterie och en arké. Mikrobiologen Farshid Jalalvand funderar över uppkomsten av livet som vi känner det.

Lyssna på alla avsnitt i Sveriges Radio Play.

ESSÄ: Detta är en text där skribenten reflekterar över ett ämne eller ett verk. Åsikter som uttrycks är skribentens egna. Ursprungligen publicerad 2019-02-21.

”Är hon en Capulet?! O Gud, mitt liv är då en oväns rätt!”

Det utbrister Shakespeares Romeo när han får reda på vem tjejen han kärat ner sig i är. Julia, är av huset Capulet, arvfiender till familjen Montague, huset Romeo tillhör. Paret är oförenliga av börd, men ändå uppslukade av varandra, som genom en naturkraft. Det som inte kunde vara, blir.

För cirka 2 miljarder år sedan, långt innan människor eller ens multicellulärt liv existerade, inträffade en liknande händelse – en händelse som kom att drastiskt förändra jordens historia. Två individer, från livets två olika, oförenliga grenar, träffades någonstans ute i en de stora oceanerna. Efter en kyss, bjöd den mer sofistikerade den enklare – och ivrigare parten – in till sig. Och så inleddes ett äktenskap som varat i 2 miljarder år och som evolutionärt är en av de mest lyckade sammankomsterna i livets historia. De två individerna som gifte sig, där ute i havet, för eoner sen, lever kvar än idag, bland annat genom dig. Du är en direkt ättling till den där eukaryota cellen.

Livet på jorden är vetenskapligt indelat i tre huvudgrenar. Och ingen av dem är djur eller växter, som många skulle kunna tro. Faktum är att om man granskar släktskapet mellan alla organismer på jorden är djur och växter bara två små intilliggande kvistar på en gren av livets stora träd. Det betyder att en katt och en gran är relativt närbesläktade, jämfört med allt annat som finns där ute. Huvudgrenen som den kvisten sitter på, och som samlar såväl människor som hårlösa marsvin, olivträd, flugsvampar och amöbor, är de eukaryota cellernas rike. Dessa celler har en DNA-skyddande cellkärna, en mer komplicerad cellarkitektur och mer avancerade förmågor än cellerna på den andra grenen på livets träd – den bakteriella. Bakterier är så kallade prokaryoter och saknar flera av den eukaryota cellens finesser, som till exempel cellkärna.

Den tredje återstående huvudgrenen är desto mer okänd för allmänheten, vilket är konstigt. Dels för den utgör en tredjedel av livets träd, och dels för den är en systergren till den eukaryota gren vi sitter på. Det är den arkéella grenen.

Kärlek kan ju – fråga bara Romeo och Julia – vara alldeles förtärande. Hur det nu än gick till, hamnade den mindre bakterien inne i den större arkén. Men innan den ena hann förgöra den andra, hände något. 

Arkéer är, liksom bakterier, prokaryoter – och de är fullständigt fascinerande. Fram till sent 70-tal visste vi inte ens att de fanns, eller snarare, att de var vad de var. För det som forskare trodde var bakterier som levde i extrema miljöer – som kokande svavelkällor, frätande syra eller exceptionella saltkoncentrationer – visade sig vara en helt egen livsform, och utgjorde alltså en helt egen huvudgren på livets träd. En tredjedel av livet på jorden hade gömt sig mitt framför näsan på oss.

Och nu pekar allt fler bevis på att den eukaryota cellen – den som vi är uppbyggda av – ursprungligen var en arké.

Allt går tillbaka till den där kritiska dagen för 2 miljarder år sen. Då existerade endast encelligt liv. Enligt den så kallade endosymbiontteorin, som det råder stor konsensus om bland biologer, skedde då följande: två encelliga organismer möttes. Den ena var en bakterie och som nämnts tyder mycket på att den andra var en arké. Det verkar sedan som att arkén försökte äta sin nya bekantskap, eller om bakterien försökte parasitera på arkén. Kärlek kan ju – fråga bara Romeo och Julia – vara alldeles förtärande. Hur det nu än gick till, hamnade den mindre bakterien inne i den större arkén. Men innan den ena hann förgöra den andra, hände något. De två prokaryota cellerna började av någon anledning att samarbeta. Bakterien, som nu bodde inne i arkén, fokuserade på att alstra energi. Arkén kunde då släppa den mödosamma processen, och dirigera om sina resurser till att göra allt det andra som behövs för att föröka sig. Varje gång arkén delade sig, tog varje dottercell några inneboende bakterier med sig, som alltså hade vuxit till sig inne i arkén under tiden. Och på så vis fortgick samarbetet. Allt eftersom generationer kom och gick, började bakterien flytta mer och mer av sitt DNA till arkéns genom. Och arkén fortsatte förse bakterien med allt den behövde – i utbyte mot energi. Till slut blev bakterien en del av arkécellen, en cellorganell, det vi idag kallar mitokondrien, cellens energikraftverk. Och vips så hade den moderna eukaryota cellen uppstått. En supercell med superkrafter.

Men utvecklingssagan slutade inte där. Kärlekshistorier brukar ju inte sällan involvera en tredje part. Efter ett par 100 miljoner år träffade en av den ursprungliga eukaryota cellens ättlingar på en fotosyntetiserande cyanobakterie. Utan att kunna motstå denna gröna skönhet, svalde den helt sonika bakterien. Symbiogenes, det vill säga sammansmältningen av två samarbetande organismer, skedde därefter framgångsrikt för andra gången i världshistorien: cyanobakterien degenererade nämligen med tiden till den fotosyntetiserande cellorganellen kloroplast, och den pimpade cellen blev alla växters anfader.

Men vad är då den stora konsekvensen av dessa passionerade möten?

Jo, av anledningar som inte är helt klarlagda, har komplexa multicellulära organismer, som växter och djur, endast uppstått bland eukarya. Multicellularitet innebär är att ett stort antal genetiskt identiska celler tillsammans bildar en större organism. Du själv var från början en enda cell, ett embryo, innan den delade sig i miljarder kopior. Alla celler i din kropp, vare sig om det är muskelceller, njurceller eller vita blodkroppar, är genetiskt identiska dubbletter. Men de har gått ihop och skapat ett nätverk. Och trots att de alla ursprungligen har identiska kapaciteter utför cellerna endast specialistfunktioner. Ett gäng har specialiserats till musklerceller, ett gäng till njurceller, och ett gäng till immunceller. Genom att alla celler slipper göra allt själva kan de avsätta större resurser till sina spetskompetenser och skapa avancerade vävnader. Komplexitet uppstår ur denna specialisering.

Romeo hade i sin tur begått självmord då han felaktigt trodde att Julia hade dött. Hängivenheten mellan det mikrobiella paret i vår historia är lika häftig. 

Den här sortens avancerad samarbete har prokaryoter aldrig klarat av att åstadkomma under de miljarder år de funnits. Anledningen till att tulpanerna på ditt bord, katten i ditt knä, granen i skogen, och människorna på din gata kan finnas, är att en arké och en bakterie för 2 miljarder år sen började samarbeta istället för att äta upp varandra. Vi komplexa organismer har endosymbiogenesen att tacka för vår existens. Ett möte mot alla odds, som skapade den värld vi känner.

När Shakespeares Julia i slutet av pjäsen upptäcker att Romeo dött tar hon sitt liv, för hon inte förmår att leva utan honom. Romeo hade i sin tur begått självmord då han felaktigt trodde att Julia hade dött. Hängivenheten mellan det mikrobiella paret i vår historia är lika häftig. Cellens energikraftverk mitokondrien kan efter alla dessa år inte längre leva utanför cellen, och cellen inte överleva utan mitokondrien. Det verkar som de starkaste band skapas när oförenliga par förenas.

Farshid Jalalvand, skribent och forskare i klinisk mikrobiologi

Vidare läsning

Buttery, S. 2017. Rediscovering symbiogenesis: The latest research in understanding the origins of eukaryotic cells. Crosstalk, Cellpress

Sällström, S. 2015. Mikroorganism från havet ger ledtrådar om cellers ursprung. Vetenskapsradion, Sveriges Radio.

Miller, S. M. 2010. Volvox, Chlamydomonas, and the Evolution of Multicellularity. Nature Education

Morell, V. 1997. Microbiology’s Scarred Revolutionary. Science.