Kunnen tumoren ons helpen de explosie van leven op aarde te verklaren? Wetenschappers hebben typisch de periode in de geschiedenis verklaard toen grote diersoorten zeer snel veel diverser werden als gevolg van de stijgende zuurstofniveaus van de planeet. Maar mijn collega's en ik hebben een nieuw idee ontwikkeld dat de verandering zou kunnen zijn begonnen in de eigen biologie van dieren, gebaseerd op bewijs van eiwitten die in tumoren worden gevonden. Pas toen dieren deze eiwitten ontwikkelden, konden ze profiteren van de zuurstof en begonnen te diversifiëren.

Vanaf het begin van het Cambrium 543 miljoen jaar geleden, het aantal diersoorten groeide enorm. Het fossielenbestand gaat van het tonen van geen dierlijke fossielen tot het plotseling tonen van sporen en lichaamsfossielen over de hele wereld. Alle grote diergroepen, inclusief de voorouders van gewervelde dieren, verschenen in slechts enkele tientallen miljoenen jaren (een korte periode in geologische tijd).

Tot nu, wetenschappers hebben de neiging om te beweren dat deze "Cambrische explosie" werd veroorzaakt door een toename van het aantal locaties in de atmosfeer en oceanen met een hoog zuurstofgehalte. Dit is gebaseerd op het idee dat zuurstof het voor dieren gemakkelijker maakt om energie te produceren en vervolgens op verschillende manieren te groeien en zich te ontwikkelen.

Maar wat als dit niet het geval was? Zuurstof kan dieren een ongeëvenaarde manier bieden om energie te produceren, maar het is niet per se gemakkelijk voor meercellige organismen om te profiteren van hogere zuurstofniveaus. Het lijkt vooral onwaarschijnlijk omdat alle meercellige organismen hun lichaamsweefsel voortdurend moeten vernieuwen met behulp van stamcellen, cellen die niet van zuurstof houden.

Er zijn biljoenen cellen in het menselijk lichaam en we vernieuwen er elk jaar evenveel cellen (sommige vaker en andere zeldzamer). Dit doen we met behulp van een bron van stamcellen, speciale cellen die in elk ander soort cel in ons lichaam kunnen veranderen. De stamcellen verblijven rustig in onze weefsels totdat er nieuwe cellen nodig zijn.

Stamcellen houden over het algemeen niet van zuurstof omdat ze hierdoor hun vermogen om nieuwe cellen aan te maken verliezen. Zodra een stamcel deze bevoorrechte staat verliest, het begint een gewone cel te worden, een van de massa. Deze gemeenschappelijke cellen hebben allemaal een specifieke taak en worden daarom gedifferentieerde cellen genoemd. Ieder kent zijn lot, doet zijn werk, en sterft dan. Dit roept de vraag op hoe we onze verzameling stamcellen behouden als veel van onze weefsels doordrenkt zijn met zuurstof. En dit is waar het bestuderen van kankertumoren om de hoek komt kijken.

Tumoren zijn groepen cellen met oncontroleerbare groei, die beginnen als een enkele cel en met succes de sprong maken naar meercellige entiteiten (net zoals de voorouders van dieren deden). Tumoren hebben ook hun eigen kankerstamcellen die hen helpen, of er nu wel of niet veel zuurstof aanwezig is.

Om deze stamceleigenschappen te behouden, vooral als er voldoende zuurstof is, ze krijgen hulp van een specifiek biologisch mechanisme, een eiwit waarnaar wordt verwezen heeft HIF-2a. Ons idee is dat deze eiwitten ervoor zorgden dat meercellige organismen eindelijk veel zuurstof konden verwerken.

De eiwitten zouden de omschakeling naar stamceleigenschappen regelen, zelfs met veel zuurstof aanwezig. De organismen zouden dan eindelijk in staat zijn om zuurstofrijke omgevingen binnen te gaan en er gebruik van te maken. Dan kunnen ze complexe weefsels en geavanceerde organen ontwikkelen, zoals de hersenen of de nieren, die veel energie verbruiken.

Deze eiwitten zijn uniek voor dieren, en de meest effectieve set eiwitten - die alleen door gewervelde dieren wordt bezeten - evolueerde voordat het vermogen om zuurstofdragende rode bloedcellen te maken, zoals blijkt uit onze studie. Dit ondersteunt het idee dat dieren een manier moesten ontwikkelen om de eigenschappen van stamcellen te controleren en te behouden voordat we ons weefsel in zuurstof konden laten weken.

Overeenkomend bewijs

De nieuwe theorie past ook bij andere observaties over de geschiedenis van de aarde, zoals het feit dat de toename van zuurstof in de atmosfeer lang geleden lijkt te hebben plaatsgevonden en niet synchroon loopt met de steeds diverser wordende dieren. Of dat bepaalde meercellige organismen meer dan een miljard jaar voor de Cambrische explosie in zuurstofrijke omgevingen leefden, maar niet begonnen te diversifiëren.

Dit idee dat zuurstofrijke omgevingen eigenlijk een uitdaging waren voor levensvormen om ermee om te gaan, roept vragen op over wanneer zuurstofarm eigenlijk goed zou kunnen zijn voor ons lichaam. Bijvoorbeeld, het lijkt erop dat een laag zuurstofgehalte belangrijk is voor het voortbrengen van nakomelingen.

Onze visie heeft ook implicaties voor waarom we kwetsbaar zijn. Het ontwikkelen van het eiwit dat ons toegang gaf tot zuurstof en het ontwikkelen van complexe organen zoals de hersenen had ook nadelen. Nu hebben we een brein dat energie vraagt ​​en niet kan overleven zonder zuurstof. En als dat eiwit op een ongecontroleerde manier werkt, het kan tumoren veroorzaken. Misschien is kanker een onvermijdelijk neveneffect van het kunnen profiteren van het verbazingwekkende energievrijmakende potentieel van zuurstof.

Dit artikel is oorspronkelijk gepubliceerd op The Conversation. Lees het originele artikel.