Jak powstały złożone organizmy na Ziemi? To jedno z wielkich otwartych pytań w biologii. Współpraca między grupami roboczymi Christy Schleper z Uniwersytetu Wiedeńskiego i Martina Pilhofera z ETH Zurich zbliżyła się o krok do odpowiedzi. Naukowcom udało się wyhodować specjalnego archeona i dokładniej go scharakteryzować za pomocą metod mikroskopowych. Ten członek archeonów Asgardu wykazuje unikalne cechy komórkowe i może stanowić ewolucyjne „brakujące ogniwo” do bardziej złożonych form życia, takich jak zwierzęta i rośliny. Badanie zostało niedawno opublikowane w czasopiśmie Nature.
Wszystkie formy życia na Ziemi są podzielone na trzy główne domeny: eukarionty, bakterie i archeony. Eukarionty obejmują grupy zwierząt, roślin i grzybów. Ich komórki są zwykle znacznie większe i na pierwszy rzut oka bardziej złożone niż komórki bakterii i archeonów. Na przykład materiał genetyczny eukariontów jest upakowany w jądrze komórkowym, a komórki mają również dużą liczbę innych przedziałów. Kształt komórki i transport w komórce eukariotycznej są również oparte na rozległym cytoszkielecie. Ale jak doszło do ewolucyjnego skoku do tak złożonych komórek eukariotycznych?
Większość obecnych modeli zakłada, że archeony i bakterie odegrały kluczową rolę w ewolucji eukariontów. Uważa się, że pierwotna komórka eukariotyczna wyewoluowała z bliskiej symbiozy archeonów i bakterii około dwóch miliardów lat temu. W 2015 roku badania genomiczne próbek środowiska głębinowego odkryły grupę tzw. „archeonów asgardzkich”, które w drzewie życia reprezentują najbliższych krewnych eukariontów. Pierwsze obrazy komórek Asgardu zostały opublikowane w 2020 roku z kultur wzbogacających przez japońską grupę.
Archeony Asgardu wyhodowane z osadów morskich
Grupie roboczej Christy Schleper na Uniwersytecie Wiedeńskim udało się po raz pierwszy wyhodować przedstawiciela tej grupy w wyższych stężeniach. Pochodzi z osadów morskich u wybrzeży Piranu w Słowenii, ale jest też mieszkańcem Wiednia, m.in. w osadach przybrzeżnych Dunaju. Ze względu na wzrost do dużych gęstości komórek, ten przedstawiciel może być badany szczególnie dobrze. „Otrzymanie tego niezwykle wrażliwego organizmu w stabilnej hodowli w laboratorium było bardzo trudne i pracochłonne” – mówi Thiago Rodrigues-Oliveira, postdoc w grupie roboczej Archaea na Uniwersytecie Wiedeńskim i jeden z pierwszych autorów badania.
Archeony Asgard mają złożony kształt komórek z rozbudowanym cytoszkieletem
Niezwykły sukces grupy wiedeńskiej w hodowli wysoce wzbogaconego przedstawiciela Asgardu pozwolił ostatecznie na bardziej szczegółowe zbadanie komórek pod mikroskopem. Badacze ETH z grupy Martina Pilhofera wykorzystali nowoczesny mikroskop krioelektronowy do robienia zdjęć zamrożonych szokowo komórek. “Ta metoda umożliwia trójwymiarowy wgląd w wewnętrzne struktury komórkowe” – wyjaśnia Pilhofer. „Komórki składają się z okrągłych ciał komórkowych z cienkimi, czasem bardzo długimi wypustkami. Te podobne do macek struktury czasami wydają się nawet łączyć ze sobą różne ciała komórkowe” – mówi Florian Wollweber, który spędził miesiące śledząc komórki pod mikroskopem. Komórki zawierają również rozległą sieć włókien aktynowych, które uważa się za unikalne dla komórek eukariotycznych. Sugeruje to, że rozległe struktury cytoszkieletu powstały u archeonów przed pojawieniem się pierwszych eukariotów i podsycają teorie ewolucyjne dotyczące tego ważnego i spektakularnego wydarzenia w historii życia.
Przyszły wgląd w nowy organizm modelowy
„Nasz nowy organizm, zwany Lokiarchaeum ossiferum, ma ogromny potencjał, by dostarczyć dalszych przełomowych informacji na temat wczesnej ewolucji eukariontów” – komentuje mikrobiolog Christa Schleper. „Otrzymanie stabilnej i wysoce wzbogaconej kultury zajęło sześć długich lat, ale teraz możemy wykorzystać to doświadczenie do przeprowadzenia wielu badań biochemicznych i hodowli innych archeonów Asgardu”. Ponadto naukowcy mogą teraz korzystać z nowych metod obrazowania opracowanych w ETH, aby badać na przykład bliskie interakcje między archeonami z Asgardu i ich bakteryjnymi partnerami. W przyszłości można również badać podstawowe procesy biologiczne komórki, takie jak podział komórki, aby rzucić światło na ewolucyjne pochodzenie tych mechanizmów u eukariontów.
Ten tekst został opublikowany w podobnej formie przez ETH Zurich. Zobacz: https://biol.ethz.ch/en/news-and-events/d-biol-news/2022/12/exploring-the-origin-of-complex-life.html
Źródło historii:
Materiały dostarczone przez Uniwersytet Wiedeński. Uwaga: treść może być edytowana pod kątem stylu i długości.