‘Eigenlijk zouden we naar Mars moeten. Als wij Mars koloniseren, heeft Gaia zich voortgeplant en is de Gaia-hypothese bewezen.’ Het lijkt alsof Lynn Margulis niet wíl dat haar hypotheses worden geaccepteerd. Ze heeft mooie aanwijzingen voor de hypothese dat de aarde een systeem is dat zichzelf kan reguleren (Gaia), maar soms draait ze door.
De excentrieke Amerikaanse was vorige week in Amsterdam. Ze sprak op het KNAW-symposium over Biogeologie, dat tevens het wetenschappelijk afscheid vormde van prof.dr. Peter Westbroek. De Leidse biogeoloog heeft veel werk verricht aan de bacteriële omzetting tot calciumcarbonaten. Westbroek is een goede vriend van Margulis, en ook pleitbezorger van de Gaia-hypothese. Westbroek (65 jaar) stopt, en met hem zijn kleine groep. ‘Hij gaat piano spelen’, vertelt Lynn Margulis. ‘Peter is erg muzikaal, net als zijn kinderen.’
Margulis (63) denkt niet aan stoppen. Ze zal bewijzen blijven verzamelen en anderen blijven overtuigen voor haar twee dierbaarste theorieën. Wie Lynn Margulis zegt, zegt Gaia en endosymbiose.
Moeder
De Gaia-hypothese beschouwt de aarde als een zichzelf regulerend organisme; Margulis beperkt zich overigens tot een strook van 20 kilometer breedte, 8 km boven en 12 km onder het aardoppervlak. Zo kunnen oceaanalgen met het uitstoten van dimethylsulfide-gas de vorming van wolken stimuleren en zo de hoeveelheid invallend zonlicht reguleren. ‘De Gaia-hypothese stelt dat de samenstelling van reactieve gassen, de zuurgraad, de oxidatietoestand van biologisch belangrijke elementen als koolstof, zwavel, stikstof en fosfor, en de oppervlaktetemperatuur bepaald worden door het leven op aarde. Maar let wel, Gaia is erg complex en er bestaan vele definities. Lees voor een goed begrip mijn artikel Gaia and the colonization of Mars in GSA Today (1993).’
Margulis vermoedt nog veel meer Gaia-fenomenen. ‘Dit zijn mijn suggesties voor verder onderzoek: regen is een biologisch fenomeen; de laterale beweging van de tektonische platen; het vergroten van raakvlakken tussen vaste, vloeibare en gasvormen; de kringloopbewegingen van metalen en fosfor; en het behouden van zout in de oceanen.’
Margulis is niet de bedenker van Gaia. Wijlen Vladimir Vernadsky opperde het idee, en James Lovelock gaf de hypothese een naam en faam. Margulis: ‘Vernadsky is de grootvader van Gaia, James Lovelock de vader en Peter Westbroek de stiefvader.’ Daar voegde ze nog heel beschaafd ’I’m not the mother’ aan toe, maar dat is ze natuurlijk wel.
Endosymbiose
Margulis is zeker de moeder van de endosymbiose. De Duitse Andrea Schimper vermoedde al in 1893 dat chloroplasten heel vroeger bacteriën waren, maar Margulis werkte het idee in de jaren zestig uit. De evolutie wordt niet gedreven door spontane mutaties en natuurlijke selectie, maar door samenwerking. Misschien wel de belangrijkste evolutionaire stap was de overgang van de kleine, eenvoudige prokaryoten naar de grote, complexe eukaryoten, en dat komt door endosymbiose.
Aërobe bacteriën gingen vanaf twee miljard jaar geleden een symbiose aan (een verregaande vorm van samenwerking: ze fuseerden) met grote Amoebe-achtige cellen en werden mitochondriën. De bacterie verkreeg zo voedsel, de Amoebe-achtige een energieleverancier. Fotosynthetiserende (cyaan-)bacteriën werd chloroplasten. Ciliaten hebben ons volgens Margulis de harige structuren op cellen gegeven (luchtpijp, darmen). En de spirocheten – spiraalvormige, snel bewegende bacteriën – gaven onze cellen centriolen (die bij celdeling de chromosomen verdelen) en maakten dat spermacellen zo hard kunnen zwemmen.
Pas na haar publicatie in 1967 werd goed duidelijk dat mitochondriën en bladgroenkorrels hun eigen DNA meedragen: het maakte de symbiose-theorie in een klap geaccepteerd. Margulis staafde haar symbiont-idee indertijd met transmissie-experimenten, zo licht ze nu toe. ’De meeste eigenschappen gedragen zich Mendeliaans: als je groen met wit kruist, zijn alle nakomelingen groen, als die kruist krijg je groen en wit in de verhouding drie staat tot één, et cetera. Echter, er waren ook eigenschappen binnen organismen die zich niet-Mendeliaans gedragen, zoals bepaalde eigenschappen van chloroplasten. Die eigenschappen werden door één ouderorganisme bepaald en niet door twee. We wisten dat bacteriën en virussen zich niet-Mendeliaans gedragen en dat naakte genen in eukaryoten niet bestaan – ze zijn omgeven door een biologische entiteit. De beste verklaring was daarom de aanwezigheid van micro-organismen.
Utrecht
Margulis vermoedde dat daar fossiel bewijs voor moest zijn: tussenvormen van pro- en eukaryoten. Een Nederlander leek uitkomst te bieden. ’Ik wist toen niets van geologie: ik begon als genetica-student, en had me op bacteriën gestort. Maar ik kwam een boek tegen van M.J. Rutten, uit Utrecht. Eenmaal heb ik hem ontmoet, de man is inmiddels overleden. Zijn boek heette Origins of life, over fossielen uit het precambium. In mijn manuscript verwees ik naar hem.
‘Omdat ik me onzeker voelde in dit nieuwe vakgebied, stuurde ik mijn artikel op naar Elso Barghoorn, de befaamde hoogleraar van Harvard universiteit. Vier maanden later belde hij mij op. “Ik ben het niet oneens met je,” zei hij, “maar dat fossiele archief klopt niet.” Al mijn fossiele voorbeelden kwamen uit dat boek. It was all wrong! ’Rutten ging overigens af op data van anderen. Barghoorn gaf me vanaf toen tot aan zijn dood lessen in het fossiele archief van het precambium. Hij is de founder van precambium paleobiologie, een fantastische man. Ik corrigeerde de fouten in het artikel (Origin of nucleated cells) en het werd gepubliceerd.’
De oorspong van chloroplasten en mitochondriën is inmiddels middelbare-schoolstof. Toch is niet de gehele endosymbiose-theorie gemeengoed. Margulis: ’We have won three out of four. Eén is de oorspong van het cytoplasma, van archaeabacteria. Twee is mitochondriën, drie chloroplasten. Vier is cilia, aan het bewijs daarvoor werken we nu. Deze week verschijnt ons artikel in PNAS over de oorspong van cilia en de kern.
Zweverig aura
‘We hebben in amber geconserveerde fossielen gevonden van termieten uit het Mioceen (20 miljoen jaar geleden), recenter dan het precambium dus. Daarin zagen we karyomastigonten, structuren die zijn ontstaan doordat langwerpige spirocheten zich deels in archaea-bacteriën hebben geboord.’ Margulis stelt dat het DNA van beide bacteriën zich gemengd heeft en vanuit het endoplasmatisch reticulum voorzien werd van een membraan: de celkern. De langwerpige structuren die buiten de oorspronkelijke archaeabacterie bleven hangen, zijn geworden tot wat we nu cilia (haartjes) noemen.
Daarmee breidt de Amerikaanse hoogleraar aan de universiteit van Massachusetts de endosymbiose-theorie verder uit. Hoe anders is het gesteld met Gaia. Dat is niet bepaald een geaccepteerd gedachtegoed binnen de biogeologie. Het Britse wetenschapsblad Nature schreef ooit een vernietigend commentaar over Gaia.
Margulis versterkte vorige week het zweverig aura dat aan Gaia kleeft. Een filmpje over ‘moeder aarde’ had ze voorzien van een ritmische new age-muziek, zodat ze er zelf overheen moest schreeuwen (‘The earth has a face and it’s name is Gaia’). Het maakte haar presentatie even spannend als surrealistisch.