Inleiding
Een beetje geschiedenis
Ruim 3,5 miljard jaar evolutie heeft een duizelingwekkende diversiteit aan organismen opgeleverd. Het precieze aantal soorten dat momenteel op aarde leeft, is onbekend. Er zijn ± 1,75 miljoen soorten formeel beschreven, waarvan bijna de helft insecten. Dagelijks worden nieuwe soorten ontdekt. De meeste schattingen over het totaal aantal bestaande soorten lopen uiteen van 5 tot 30 (soms zelfs 100) miljoen. Naarmate organismen kleiner zijn, is er verhoudingsgewijs minder over geweten. Al eeuwen trachten taxonomen, zoals de 18de eeuwse Carolus Linnaeus, organismen in te delen in een hiërarchisch classificatiesysteem. Intuïtief lijkt de opsplitsing in Planten en Dieren hierbij de meest fundamentele te zijn, zoals ook taxonomen lange tijd dachten. Met de opkomst en het toenemend gebruik van de licht- en later de elektronmicroscoop echter gingen onderzoekers over steeds meer en betere waarnemingen bezitten. Hierdoor werd duidelijk dat er zeker vijf grote rijken zijn af te bakenen met, naast dieren en planten, ook schimmels, monera (bacteriën) en protisten (eencellige organismen die noch dier noch plant zijn). Ook blijken bepaalde subcellulaire structuren in de eukaryote cel, het celtype waaruit ook wij zijn opgebouwd, van origine bacteriën te zijn (endosymbiosetheorie). Charles Darwin zag evolutie in termen van ‘descent with modification’ (lees: ‘afkomst met verandering’). Soorten zijn veranderlijk en stammen af van een beperkt aantal voorouderlijke soorten, een verklaring voor de hiërarchie die Linnaeus in de levende wereld had opgemerkt. Gemeenschappelijke afstamming resulteert in de eenheid die waargenomen wordt in de diversiteit. Het denken in termen van stambomen is sinds Darwin het onderliggende en unificerende paradigma geweest om de geschiedenis van het leven op aarde te begrijpen. Het effectief reconstrueren van deze ‘tree of life’ is echter makkelijker gezegd dan gedaan. Hoe reconstrueer je immers de volgorde van opeenvolgende soortvormingen die soms miljarden jaren geleden plaatsvonden? Intuïtief is het makkelijk: hoe meer twee soorten op elkaar gelijken, hoe waarschijnlijker het is dat ze een recente voorouder delen. Maar hoe vergelijk je in de praktijk een hond en een beuk, soorten die niet vergelijkbaar zijn? Of hoe vergelijk je de duizenden micro-organismen die amper morfologisch waarneembare kenmerken hebben? Sinds de tweede helft van de 20ste eeuw laten technologische en methodologische ontwikkelingen toe dat DNA, waaruit de genen bestaan die het erfelijke materiaal vormen, rechtstreeks kan ‘gelezen’ worden. Net zoals organismen (een deel van) hun DNA als het ware ‘verticaal’ doorgeven aan hun nakomelingen, wordt tijdens soortvorming DNA van de ene aan de andere soort(en) doorgegeven. Doordat regelmatig mutaties optreden, zal het DNA tussen soorten onderling meer verschillen hebben opgebouwd naarmate de verwantschap afneemt. De Amerikaanse microbioloog Carl Woese besefte dat genen voor ribosomaal RNA voorhanden zijn in alle levende wezens en als een universele maatstaf kunnen gebruikt worden om de verwantschap tussen alle soorten onderling te bestuderen. Begin jaren 70 van de vorige eeuw resulteerde dit in de eerste tree of life. Het leven bleek niet te bestaan uit vijf rijken, maar waaiert uit in drie zogenaamde domeinen, een soort van supperrijken. Ontluisterend bleek het feit dat twee van deze drie domeinen (respectievelijk Archaea en Bacteria genaamd) alleen organismen met het eenvoudige prokaryote celtype bevatten. Het derde domein, Eukarya, omvat alle organismen met eukaryote cellen, voornamelijk eencellige levensvormen trouwens, met slechts drie perifere takjes voor het vroegere schimmel-, dieren- en plantenrijk. De tree of life is de wereld op zijn kop: evolutie volgt geen stijgend pad van eenvoudig (‘primitief’) naar complex, met als toppunt de mens. Tot Archaea (maar ook Bacteria weten we ondertussen) worden heel wat exotische levensvormen gerekend die leven onder buitengewone omstandigheden van hitte of druk of die leven van de gekste zaken, zoals waterstofgas. De ontdekking van dergelijke extremofielen veranderde onze kijk op het leven zelf: de tolerantiegrenzen van leven zijn breder dan traditioneel gedacht en dat heeft op zijn beurt implicaties voor het mogelijks vinden van buitenaards (niet-intelligent) leven in ons eigen zonnestelsel. Verdere technologische vooruitgang maakt het ondertussen mogelijk het DNA van organismen rechtstreeks uit het milieu te isoleren, zonder dat de organismen zelf eerst in cultuur moeten worden gebracht. Deze zogenaamde metagenomica is van buitengewoon belang voor de studie van microorganismen, waarvan we vaak niet eens het bestaan kenden. Het feit dat ook steeds meer DNA gelezen is en de informatie in databanken opgeslagen ligt en het feit dat het lezen zelf steeds sneller gaat, maakt dat het voor het eerst mogelijk wordt een ‘correct’ beeld te krijgen van de enorme diversiteit aan micro-organismen waardoor we omringd worden. Dankzij deze revolutie in de fylogenomica wordt steeds duidelijker dat evolutie niet alleen verloopt volgens een vertakkende stamboom (met verticale overdracht van DNA). Genen kunnen ook, vaak met behulp van virussen en andere vectoren, uitgewisseld worden tussen bestaande totaal niet-verwante soorten. Deze horizontale gentransfer blijkt vooral, maar niet uitsluitend, bij micro-organismen voor te komen. Afhankelijk van de intensiteit waarmee dit gebeurt, interfereert dit met de reconstructie van de tree of life of noopt het ons zelfs ons beeld van de tree of life bij te stellen (tot een soort ‘net of life’), een debat dat volop woedt.
In de loop van de geschiedenis hebben biologen de organismen op verschillende manieren ingedeeld.
