Promotie: Constructive evolution and the emergence of complex cells

De octopus is een ongelooflijk complex organisme dat verschillende jachtstrategieën leert, sociaal gedrag vertoont en zijn lokale omgeving memoriseert. Om te zien hoe evolutie heeft geleid tot octopussen, moeten we begrijpen hoe evolutie nieuwe functies, structuren en gedragingen construeert. Nieuwe functies – zoals de capaciteit om te leren – zijn in veel gevallen emergente eigenschappen die voortkomen uit een combinatie van kleinere componenten – zoals neuronen – die in de eerste plaats zijn ontstaan voor een ander doeleinde – bijvoorbeeld de aansturing van spieren.

Een van de grootste sprongen in evolutiebiologie was het ontstaan van complexe cellen, eukaryoten, wat gepaard ging met een groot aantal innovaties op cellulair en genomisch niveau. Een belangrijke stap in het ontstaan van eukaryoten was een endosymbiose (een fusie) tussen twee cellen en hun genetische materiaal, wat leidde tot de mitochondriale en nucleaire compartimenten. We hebben een computermodel ontworpen om te bestuderen of de fusie tussen twee simpele cellen de evolutie van complexiteit kan drijven en ontdekten dat cellen in endosymbiose inderdaad grotere complexiteit evolueren. De reden hiervoor is dat selectie voor snelle groei, wat hoge complexiteit in vrij-levende cellen verhindert, zwakker is in endosymbiose waar nieuwe functionele beperkingen een rol spelen. Cellen in endosymbiose moeten namelijk ook hun groei met elkaar coördineren om succesvol te zijn, want als een cel sneller groeit dan zijn partner verstoort dit de balans in de symbiose.

Met behulp van ons model en bioinformatische analyses laten we zien hoe complexiteit ontstond en zou hebben kunnen ontstaan vóór, tijdens en na het ontstaan van eukaryoten. Onze resultaten laten zien dat evolutie een ongelooflijk creatief proces is dat organismen de mogelijkheid geeft om zich aan veel verschillende uitdagingen aan te passen, en dat sommige van die uitdagingen zelfs verantwoordelijk zijn voor de evolutie van complexe organismen, en uiteindelijk hebben geleid tot fascinerende wezens zoals vogels, octopussen en mensen.