De complexe cellen die ten grondslag liggen aan dieren en planten hebben een grote verzameling zogenaamde organellen: door membranen omsloten compartimenten die gespecialiseerde functies vervullen. Twee ervan zijn ontstaan door een proces dat endosymbiose wordt genoemd, waarbij een ooit vrijlevend organisme in een cel wordt opgenomen. Dit zijn de mitochondriën, waar de voormalige bacterie nu de taak vervult om chemische energie in nuttige vormen om te zetten, en de chloroplast, waar fotosynthese plaatsvindt.
Het feit dat er slechts enkele gevallen zijn van organellen die door endosymbiose zijn geëvolueerd, suggereert dat dit een uiterst zeldzame gebeurtenis is. Onderzoekers hebben echter mogelijk een nieuw geval gevonden, waarbij een organel is ontstaan dat zich bezighoudt met het binden van stikstof uit de atmosfeer. Het resulterende organel, een nitroplast genaamd, bevindt zich nog steeds in het proces van specialisatie.
Stikstof verkrijgen
Stikstof is een van de belangrijkste elementen voor het leven. Elke DNA-base, elk aminozuur in een eiwit bevat minstens één, en vaak meerdere, stikstofatomen. Maar stikstof is buitengewoon moeilijk om mee te leven. N2 Moleculen kunnen extreem aanwezig zijn in onze atmosfeer, maar ze zijn uiterst moeilijk te scheiden. Enzymen die dat wel kunnen, stikstofasen genoemd, worden alleen in bacteriën aangetroffen en werken niet in aanwezigheid van zuurstof. Andere organismen moeten stikstof uit hun omgeving halen, wat een van de redenen is waarom we zoveel energie gebruiken om stikstofhoudende meststoffen aan veel gewassen te leveren.
Sommige planten (vooral peulvruchten) kunnen echter stikstof verkrijgen via een symbiotische relatie met bacteriën. Deze planten vormen gespecialiseerde knobbeltjes die een leefgebied bieden voor stikstofproducerende bacteriën. Deze relatie is een vorm van endosymbiose, waarbij microben het lichaam of de cellen van een organisme bewonen, waarbij elk organisme gewoonlijk chemicaliën levert die het andere nodig heeft.
In meer extreme gevallen kan endosymbiose verplicht worden. waarbij geen van beide organismes kan overleven zonder het andere. Bij veel insecten worden endosymbionten doorgegeven aan hun nakomelingen tijdens de eierproductie, en de microben zelf missen vaak de sleutelgenen waarmee ze onafhankelijk kunnen leven.
Maar zelfs omstandigheden als deze zijn niet consistent met de situatie in de mitochondriën en chloroplasten. Deze organellen zijn volledig geïntegreerd in de cel en dupliceren en distribueren wanneer cellen zich delen. Ze hebben ook een minimaal genoom en de meeste van hun eiwitten worden door de cel geproduceerd en in organellen geïmporteerd. Dit niveau van integratie is het product van meer dan een miljard jaar evolutie sinds het begin van de endosymbiotische relatie.
Het is ook duidelijk een moeilijk proces, gebaseerd op de schijnbare zeldzaamheid ervan. Afgezien van mitochondriën en chloroplasten is er slechts één bevestigd voorbeeld van recente endosymbiose tussen een eukaryoot en een bacteriesoort. (Er zijn een aantal gevallen waarin eukaryote algen zijn opgenomen door andere eukaryoten. Omdat deze cellen compatibele genetica hebben, gebeurt dit met een hogere frequentie.)
Daarom is het zo’n opwindend vooruitzicht om nog een voorbeeld te vinden.