Wetenschappers van de Faculteit Natuurwetenschappen aan de Karel Universiteit in Praag hebben een unieke micro-organisme ontdekt, genaamd Solarion arienae. Dit is een uiterst zeldzame en ongewone eukaryote, die nieuwe inzichten biedt in de oorsprong en evolutie van eukaryote cellen.
Solarion behoort tot een geheel nieuwe groep organismen: het is geclassificeerd als een apart type (phylum) en vormt samen met enkele mysterieuze protisten een nieuwe eukaryote supergroep, in feite een nieuw “koninkrijk” genaamd Disparia. Bijzonder interessant is het feit dat Solarion oude kenmerken van mitochondriën heeft behouden, waarvan werd aangenomen dat ze verloren waren gegaan in de evolutie. Dit biedt een zeldzame blik op de structuur van de vroegste eukaryote cellen.
Solarion arienae zelf is uiterst onopvallend. Het is een miniatuur organisme van slechts enkele micrometers groot, dat vrijwel stil blijft staan en zich op geen enkele manier onderscheidt. Het werd per toeval ontdekt in een langlopende laboratoriumcultuur van mariene infusories aan de Afdeling Zoologie van de Karel Universiteit. Vanwege zijn microscopische grootte bleef Solarion jarenlang onopgemerkt, totdat de grotere infusories in de cultuur plotseling overleden en de aandacht op dit opmerkelijke organisme werd gevestigd.
De genoomsequentiebepaling en uitgebreide fylogenomische analyse, uitgevoerd door onderzoekers van de Karel Universiteit en hun collega’s uit de Verenigde Staten, toonde aan dat Solarion niet tot een van de bekende belangrijkste takken van eukaryoten behoort. Tot nu toe is er slechts één nauwe verwant bekend, de ongewone protist Meteora sporadica. Samen vormen ze een nieuw type Caelestes, dat samen met de types Provora en Hemimastigophora deel uitmaakt van de nieuwe supergroep Disparia. Hoewel vertegenwoordigers van Disparia nog zeer minimaal zijn beschreven, is het een oude evolutionaire tak en moderne soorten zijn mogelijk slechts zeldzame “resten” van een ooit veel rijkere diversiteit.
Volgens de auteurs van de studie komt Solarion bijna nooit voor in wereldwijde metagenomische databases. De onderzoekers hebben meer dan 1,8 PB aan DNA-gegevens uit het milieu doorgenomen, en sporen van het organisme werden slechts in enkele monsters van mariene sedimenten van verschillende delen van de planeet aangetroffen. Dit suggereert dat Solarion wereldwijd wijdverspreid is, maar uiterst zeldzaam is daar waar het voorkomt. De geschiedenis van Solarion benadrukt het belang van klassieke laboratoriumculturen en het aandachtige bestuderen van weinig onderzochte natuurlijke niches.
Ook het uiterlijk van Solarion verschilt van andere protisten, als het al onder een microscoop kan worden gezien. Het komt meestal voor in de vorm van immobiele “zonnecellen”: van het centrale lichaam strekken stengelachtige organellen, genaamd seleziëzomen, zich in alle richtingen uit. Deze structuren dienen voor het vangen van bacteriële prooi en zijn uitvoerig bestudeerd met behulp van driedimensionale elektronenmicroscopie. In de levenscyclus van Solarion zijn er ook mobiele flagellate-fases met zo’n ongebruikelijke celvorm dat ze niet verward kunnen worden met een andere bekende eukaryoot.
Het meest ongewone aan dit organisme is gerelateerd aan zijn mitochondriën. Deze organellen, verantwoordelijk voor de energieproductie in de cel, zijn geëvolueerd uit een oude bacteriële voorouder. Solarion behoudt het gen secA in zijn mitochondriale genoom – een zeldzaam overblijfsel van het eiwittransport-systeem, overgeërfd van de alpha-proteobacteriële voorouder van mitochondriën. Dit gen is in bijna alle moderne eukaryoten verdwenen, waardoor Solarion een van de weinige levende organismen is waarin de oude moleculaire “toolkit” nog steeds aanwezig is. Bovendien bevatten de mitochondriën van Solarion een unieke combinatie van genen, die helpen reconstructies te maken van welke metabolische mogelijkheden mitochondriën hadden bij de laatste gemeenschappelijke voorouder van alle eukaryoten.
Professor Ivan Čepička en Marek Valt, de belangrijkste auteurs van de studie, benadrukken het belang van deze ontdekking. Volgens hen is Solarion een herinnering aan hoe weinig we eigenlijk weten over de microbiele wereld. De ontdekking van zo’n diep evolutionaire tak, in wezen een “levend fossiel”, toont aan dat belangrijke hoofdstukken uit de geschiedenis van eukaryoten nog steeds verborgen zijn in slecht onderzochte hoekjes van de natuur. Dit minieme wezen biedt ons de mogelijkheid om een blik te werpen op een zeer oud hoofdstuk uit de evolutie van cellen, dat tot nu toe alleen indirect gereconstrueerd kon worden.
