Onderzoek onthult twee oorsprongen van het leven op aarde en daagt de theorie van één voorouder uit

Een nieuwe studie gepubliceerd in het tijdschrift Science Advances wijst op het bestaan ​​van twee onafhankelijke oorsprongen van het leven op aarde, waarbij primitieve chemische reacties in eencellige organismen worden gevolgd. Het onderzoek, uitgebracht op 5 augustus 2026, zet vraagtekens bij het traditionele idee dat al het leven afstamt van één enkele vrije voorouderlijke cel.

In plaats daarvan suggereren de resultaten dat de twee belangrijkste microbiële afstammingslijnen, bacteriën en archaea, mogelijk afzonderlijk zijn geëvolueerd van een oorspronkelijke voorouder die nog niet in zijn geheel als ‘levend’ werd beschouwd.

Onder biologen is de vraag hoe het leven is ontstaan ​​een van de meest besproken onderwerpen. De vorming van zichzelf in stand houdende organismen, die moleculen kunnen verwerken om energie op te wekken op de vroege aarde, blijft een groot mysterie.

Zelfs voordat de eerste cellen verschenen, veronderstelden wetenschappers dat complexe chemische reacties plaatsvonden in extreme omgevingen, zoals hydrothermale ventilatieopeningen in diep water. Op deze plaatsen zouden hitte en hoge druk spontane chemische reacties veroorzaken, versneld door de aanwezigheid van metalen in de aardkorst.

Levende wezens zijn afhankelijk van een complex centraal netwerk van ongeveer 400 metabolische reacties, die worden gekatalyseerd door eiwitten die bekend staan ​​als enzymen. Dit ‘centrale metabolisme’ is verantwoordelijk voor het genereren van energie en het produceren van essentiële cellulaire componenten zoals nucleïnezuren, aminozuren en vitamines.

Nu is een team van onderzoekers erin geslaagd de stadia te reconstrueren van hoe dit cruciale metabolische netwerk werd ontwikkeld. Een van de meest verrassende ontdekkingen van het onderzoek is dat het leven op de planeet misschien niet slechts één keer, maar twee keer is verschenen.

William Martin, een evolutiebioloog aan de Universiteit van Düsseldorf, Duitsland, en een van de hoofdauteurs van de studie, merkte op dat deze bevinding “een enorm scala aan vragen opent” over wat leven is, wat mogelijk is en wat elders te vinden is.

Alle organismen die vandaag de dag bestaan, zijn afstammelingen van de Last Universal Common Ancestor (LUCA), die waarschijnlijk in de oeroceanen leefde. De nieuwe studie geeft aan dat deze mysterieuze voorouder voor zijn metabolisme nog steeds afhankelijk was van de omgeving. In plaats van enzymen te gebruiken voor zijn energieproducerende reacties, vertrouwde LUCA voor ongeveer de helft van zijn essentiële metabolische reacties op kleine organische moleculen en metalen die in het milieu aanwezig zijn, ontdekten wetenschappers. In de loop van de tijd werden sommige van deze metalen geleidelijk vervangen door specifiekere en efficiëntere enzymen, naarmate eiwitten evolueerden om deze functies op zich te nemen.

Martin voegt eraan toe dat het meest interessante aan dit onderzoek de verkenning is van een evolutiefase waarin nieuwe enzymatische activiteiten begonnen te ontstaan, ter vervanging van geochemische reacties en resulterend in de vereniging van het metabolisme bij de voorouders van archaea en bacteriën.

Archaea en bacteriën zijn twee van de drie domeinen van het leven, en deze micro-organismen verschenen al vroeg in de geschiedenis van de aarde. Het derde domein, de eukaryoten – waartoe dieren, planten en alle organismen met cellen met een kern behoren – is later ontstaan, uit een combinatie van de eerste twee groepen.

Jarenlang hebben wetenschappers drie mogelijke scenario’s voor de oorsprong van het leven overwogen: dat bacteriën evolueerden uit archaea, dat archaea evolueerde uit bacteriën, of dat beide onafhankelijk van LUCA ontstonden. De nieuwe studie wijst erop dat de laatste mogelijkheid het meest waarschijnlijk is, op basis van de bevindingen.

Archaea en bacteriën: verschillen en extreme habitats

Hoewel bacteriën in een grote verscheidenheid aan omgevingen voorkomen, zijn archaea opmerkelijk omdat ze gedijen onder extreme omstandigheden zoals hoge temperaturen en zuurgraad.

Om te begrijpen hoe bacteriën en archaea zijn ontstaan, vergelijken wetenschappers wanneer hun voorouders bepaalde kenmerken ontwikkelden en welke van hen mogelijk van LUCA zijn geërfd. Uit eerder onderzoek naar ribosomen, de cellulaire structuren die eiwitten produceren, bleek dat LUCA primitieve ribosomen had met 33 eiwitten. Vanuit LUCA ontwikkelde de bacteriële lijn 21 unieke ribosomale eiwitten, en de archaeale lijn 29, wat wijst op een onafhankelijke verbetering van hun functies.

In hun meest recente onderzoek, gericht op het reconstrueren van de stofwisseling, hanteerde het team van Martin een vergelijkbare aanpak. Deze keer analyseerden ze de genen voor metabolische enzymen in moderne bacteriën en archaea om hun evolutionaire traject te reconstrueren. Natalia Mrnjavac, een afgestudeerde student in Martin’s lab en hoofdauteur, merkt op dat, net als bij ribosomen, een soortgelijk patroon werd waargenomen bij het analyseren van metabolische genen.

Aanvankelijk wijdden de onderzoekers zich aan het identificeren van welke enzymen LUCA gebruikte en welke van de metabolische reacties afhankelijk waren van metalen uit hydrothermale ventilatieopeningen. Het team concludeerde dat elke reactie in dit primitieve metabolisme elementen gebruikte die beschikbaar waren in de omgeving of gegenereerd werden door andere reacties in het systeem. In de loop van de tijd zouden deze reacties kunnen voortbouwen op eerdere, wat zou resulteren in nieuwe biochemische mogelijkheden en een steeds complexer metabolisch netwerk. De cruciale uitdaging was het bepalen van de volgorde van de reacties, waarbij werd vastgesteld welke als eerste zouden moeten optreden en welke van de daaropvolgende reacties afhankelijk waren.

Mike Steel, wiskundige aan de Universiteit van Canterbury, Nieuw-Zeeland, en co-auteur van het onderzoek, legt uit dat er, ondanks honderden reacties, een efficiënt algoritme bestaat om deze reeks te bepalen.

Het team ontdekte vervolgens dat bacteriën en archaea enkele enzymen deelden met LUCA, maar dat elke afstammingslijn ook andere had die niet aanwezig waren in de gemeenschappelijke voorouder. In wezen ontwikkelden bacteriën en archaea onafhankelijk van elkaar verschillende enzymen om dezelfde reacties te vervangen die door metalen werden gekatalyseerd. “Dit toont aan dat de reactie ouder is dan de enzymen die deze katalyseren”, zegt Joseph Moran, scheikundige aan de Universiteit van Ottawa en co-auteur van het onderzoek.

Voor Martin dienen deze verschillende oplossingen voor dezelfde metabolische problemen als bewijs dat bacteriën niet afkomstig kunnen zijn van archaea, of omgekeerd. Hij is van mening dat de eenvoudigste interpretatie is dat er “twee onafhankelijke overgangen” waren van LUCA naar vrijlevende cellen.

Niet alle onderzoekers zijn het volledig eens met deze beschrijving van LUCA. Sommigen hebben voorgesteld dat LUCA een complexere cel was, mogelijk met eenvoudige membranen, samengesteld uit een mengsel van archaeale en bacteriële vetten of lipiden. Juan Fontecilla-Camps, een eiwitkristallograaf en onderzoeker naar de oorsprong van het leven aan het Instituut voor Structurele Biologie in Frankrijk, die niet betrokken was bij de nieuwe studie, legt uit dat deze hybride voorouder zich vervolgens zou hebben opgesplitst in de Archaïsche en bacteriële afstammingslijnen in één enkele oorsprong van vrij cellulair leven.

Martin stelt echter dat deze complexiteit onwaarschijnlijk is: bacteriën en archaea gebruiken verschillende methoden om de lipiden in hun celmembranen te produceren, wat erop wijst dat ze deze mechanismen niet van LUCA hebben geërfd. Sonja-Verena Albers, die archaeale biologie onderzoekt aan de Universiteit van Freiburg in Duitsland en ook niet bij dit werk betrokken was, voegt eraan toe dat “ze echt totaal verschillend zijn”, en dat ze een compleet andere set genen of enzymen nodig hebben om de lipiden te produceren.

Mede op basis van zijn metabolisme beweert Martin dat LUCA een eenvoudiger voorouder was – iets dat nog niet helemaal leefde. Hij erkent dat “er geen twijfel over bestaat dat vrijlevende cellen leven”, omdat ze op eigen kracht kunnen groeien, delen en overleven. LUCA was echter nog steeds afhankelijk van kleine organische moleculen en metalen uit de aardkorst om zijn metabolisme uit te voeren, wat volgens Martin niet genoeg is om als echt levend te worden geclassificeerd.

Martin steunt al lang het idee dat metalen de oorspronkelijke katalysatoren waren voor metabolische reacties en dat ze na verloop van tijd werden vervangen door enzymen. Donato Giovannelli, een microbioloog aan de Universiteit van Napels Federico II in Italië die de oorsprong van het leven bestudeert, zegt dat “er sterke steun bestaat voor het idee dat geochemie zou hebben geleid tot de biochemie van het leven.”

Veel enzymen hebben bijvoorbeeld metalen in hun katalytische plaatsen, de plaatsen waar chemische reacties plaatsvinden. In de afgelopen jaren hebben Martin, Moran, biochemicus Martina Preiner en hun collega’s experimenteel aangetoond dat veel van de reacties die in het huidige centrale metabolisme worden gebruikt, in feite kunnen optreden wanneer enzymen worden vervangen door metalen, wat suggereert dat ze al vóór de evolutie van deze enzymen door metalen konden worden gekatalyseerd.

Een van de meest vitale metabolische reacties creëert het energiedragende molecuul van de cellen, dat functioneert als een kleine batterij die ze van stroom voorziet. Momenteel bestaat dit molecuul voornamelijk uit ATP, maar de vroege oceanen hadden geen ATP dat LUCA kon gebruiken. Martins team ontdekte hoe deze fundamentele reactie in het oorspronkelijke metabolisme van deze voorouder door metalen kon worden gekatalyseerd: ze ontdekten dat fosfiet, een vorm van fosfor, kon reageren met organische moleculen met behulp van palladium, een metaal uit de platinagroep. Door deze reactie kon LUCA energie opslaan als ADP, een voorloper van ATP.

Het vermogen om energie tijdelijk op te slaan was revolutionair, omdat het vele andere metabolische reacties kon veroorzaken waarvoor energievoorziening nodig is. Dit omvat de vorming van peptidebindingen tussen aminozuren of de activiteit van ribosomen tijdens de vertaling van RNA’s in eiwitten. Deze reactie maakte de weg vrij voor de overgang van geochemische reacties naar metabolische reacties en verklaart hoe fosfor een centraal element werd in onze eigen biochemie.

Giovannelli, die niet betrokken was bij het onderzoek, beschouwt dit als een van de belangrijkste bevindingen van het artikel.

Juan Fontecilla-Camps is van mening dat het reconstrueren van de eerste metabolische netwerken, zoals het team in het nieuwe artikel deed, “iets waardevols is.” Hij denkt echter dat “de vraag is of het echt zo is gebeurd of niet. En dat is heel moeilijk om te weten.”

Giovannelli concludeert dat het team “een solide paper heeft geproduceerd dat een andere denkwijze presenteert en elementen samenbrengt die nog niet eerder met elkaar zijn verbonden.” Hij suggereert echter dat je de conclusie moet beschouwen als een mogelijk scenario voor de oorsprong van het leven, en niet als een definitief antwoord: ‘We kunnen reconstrueren hoe plausibel de dingen kunnen zijn, maar het zal bijna onmogelijk zijn om precies te weten hoe het allemaal is gebeurd.’