Wetenschappers denken dat de voorloper van de zenuwcel 800 miljoen jaar geleden ontstond in een piepklein wezentje dat leeft in ondiepe, warme zeeën.

De zenuwcel, of het neuron, vormt de basis van het centrale zenuwstelsel. Dit stelsel stuurt zo’n beetje alle processen in je lijf aan, van je ademhaling tot aan de beweging van je spieren. Maar hoe ontstond dit enorm belangrijke celtype ooit? Onderzoekers van het Barcelona Institute of Science and Technology denken het te weten. Ze onderzochten het plakdiertje en vonden bewijs, gepubliceerd in het tijdschrift Cell, dat dit simpele zeediertje een celtype bevat die weleens aan de basis kan hebben gestaan van ons moderne neuron.

Lees ook:

• Plan: computer bouwen van hersencellen
• Filmpje: gekweekte hersencellen gamen erop los
• Hoeveel hersencellen verliezen we in een mensenleven?

Pannenkoekvormig

Het plakdiertje heeft wel wat weg van een pannenkoek maar dan zo groot als een zandkorrel. Hij leeft al grazend op algen en microben in ondiepe, warme zeeën. Doordat hij geen organen of andere duidelijk onderscheiden onderdelen bezit, zien wetenschappers hem als het eenvoudigste meercellige organisme dat er bestaat. Het beestje ontstond zo’n 800 miljoen jaar geleden, maar wat zijn precieze plek is in de evolutionaire stamboom van het leven op aarde, is nog voer voor discussie.

De onderzoekers, onder leiding van Arnau Sebé-Pedrós, waren nieuwsgierig naar de oorsprong van de verschillende celtypen binnenin het plakdiertje. Eerst bouwden ze cel-atlassen met daarin beschreven de verschillende eigenschappen van de celtypen van vier plakdiersoorten. Erin staat bijvoorbeeld hoe de cellen eruitzien en wat voor taken ze hebben.

Peptideboodschappen

Die cel-atlassen werden gemaakt op basis van genetisch onderzoek. Met behulp van geavanceerde moleculaire technieken vonden de onderzoekers groepjes genen die ongeveer dezelfde functie hebben. Deze zogenoemde genmodules worden aangestuurd door andere groepjes genen, de regelregio’s. De combinatie van genmodules en bijbehorende regelregio’s zijn uniek voor een specifiek celtype.

Dankzij de cel-atlassen vonden Sebé-Pedrós en collega’s uit welke verschillende celtypen het plakdiertje was opgebouwd. Tot zover al lastig genoeg, maar het wordt nog ingewikkelder. Want de onderzoekers legden in totaal maar liefst veertien zogenoemde peptiderge celtypen bloot. Dit zijn cellen die kleine eiwitten, of peptiden, bouwen die als boodschapper kunnen dienen voor andere cellen.

Gelijkenissen

En toen ging er een lichtje op bij het team van Sebé-Pedrós. Want zijn onze eigen zenuwcellen ook geen peptiderge cellen die peptiden (als neurotransmitters) inzetten om boodschappen aan elkaar door te geven? Reden voor hen om een uitgebreidere blik te werpen op deze bijzondere plakdiercellen.

Uit dat verdere onderzoek bleken inderdaad de opvallende gelijkenissen met het moderne neuron. Ten eerste lijkt het ontstaan van de peptiderge cellen uit zogenoemde voorloper-cellen (een soort stamcellen) heel erg op het proces waarbij nieuwe neuronen ontstaan in zoogdieren en vogels (neurogenese).

Ten tweede blijken de cellen van het plakdiertje een vergelijkbare grote hoeveelheid genmodules nodig te hebben om die peptiden als boodschappermoleculen te kunnen aanmaken. En, last but not least, tonen de onderzoekers aan dat de peptiderge plakdiercellen dezelfde soort eiwitten aan de buitenkant van hun cel hebben voor het ontvangen en verwerken van peptide-boodschappen als het moderne neuron.

Basiseenheid van het neuron

Volg je het nog? Er zijn dus zeker drie manieren waarop de peptiderge cellen van het plakdiertje lijken op neuronen van hedendaagse dieren. Toch zijn er nog genoeg verschillen, merken de onderzoekers op. Zo bezitten de cellen van het zeewezentje geen structuren die het overbrengen van peptide-berichten versnellen en vergemakkelijken, zoals de synaps. Ook bezitten ze geen zogenoemde ionkanalen die voor de in- en uitstroom van geladen deeltjes in de cel zorgen; de basis van elektrische signaalgeleiding binnen het centrale zenuwstelsel.

Dus geen echt neuron, maar wel een mogelijk primitieve vorm ervan. Was de peptiderge cel van het plakdiertje dan een soort basiseenheid voor het moderne neuron, waar later de ontbrekende functies aan werden toegevoegd? Die toevoegingen moeten dan zijn gedaan in de 150 miljoen jaar ná het verschijnen van plakdiertjes op aarde. Want zo’n 650 miljoen jaar geleden waren er al neuronen, volgens sommige wetenschappers.

Nog lang niet af

Anderen denken dat neteldieren al veel eerder neuronachtige cellen hadden. Dat geeft ook te denken. Is het neuron in één keer ontstaan en vervolgens doorgegeven aan alle daarna op aarde verschenen dieren? Of is het meermaals ongeveer tegelijkertijd ontstaan in meerdere diertakken?

Kortom, nog genoeg te ontdekken dus. Het verhaal van het ontstaan van het neuron is nog lang niet af. En ook Sebé-Pedrós en zijn team zijn nog niet klaar. Zij willen nu gaan kijken of ribkwallen, sponzen en andere diersoorten die al heel lang op aarde voorkomen structuren bezitten die op neuronen lijken.

‘Erg indrukwekkend’

Mariene bioloog Werner de Gier van het Naturalis Biodiversity Center is onder de indruk van het onderzoek. “De studie geeft een geweldig overzicht van de evolutie van neuronachtige cellen bij plakdiertjes. De gebruikte combinatie van verschillende celbiologische en genetische methoden is erg indrukwekkend.”

Wat betreft de resultaten vindt De Gier vooral de plaatsing van het plakdiertje in de evolutionaire stamboom interessant. “Al sinds de ontdekking van het primitieve beestje is dit een mysterie”, geeft hij aan. “Het huidige onderzoek heeft met behulp van wel 209 genetische barcodes het plakdiertje kunnen vergelijken met alle prehistorische groepen dieren. Wat blijkt is dat het plakdiertje zich eerder van onze verre voorouder blijkt af te splitsen dan de holtedieren (waartoe onder andere koralen en kwallen behoren).”

Hij vervolgt: “Wat verder een leuke ontdekking is, is dat de ontwikkeling van de voorloper van het neuron in het plakdiertje waarschijnlijk een evolutionaire stap is die ertoe heeft geleid dat eerst de holtedieren en daarna pas de Bilateria (tweezijdige-symmetrische dieren), waartoe ook wij behoren, het neuron ter beschikking kregen. Dit en toekomstig onderzoek naar plakdiertjes en andere oeroude diergroepen kan ons verder brengen in het vaststellen van onze eigen plek in de evolutie.”

Bronnen: Cell, Center for Genomic Regulation via EurekAlert!

Beeld: Gekleurde microscopische foto van Trichoplax adhaerens, een van de vier onderzochte plakdiersoorten (foto door: Sebastian R. Najle/Centro de Regulación Genómica)

Ben je geïnteresseerd in de wereld van wetenschap & technologie en wil je hier graag meer over lezen? Word dan lid van KIJK!