Традиционалното групирање на животните форми во прокариоти и еукариоти беше ревидирана во 1977 година кога карактеризацијата на секвенцата на rRNA откри дека археите (тогаш наречени „архебактерии“) се „подалеку поврзани со бактериите како што се бактериите со еукариотите“. во еубактерии (кои ги опфаќаат сите типични бактерии), археи и еукариоти. Прашањето за потеклото на еукариотите остана. Во догледно време, доказите почнаа да се градат во корист на археалното потекло на еукариотите. Од особен интерес беше наодот дека Асгард археата има неколку стотици гени на еукариотски потписни протеини (ESPs) во нивниот геном. ESP играат клучна улога во развојот на карактеристиките на цитоскелетот и сложените клеточни структури на еукариотите. Во пробивната студија објавена на 21 декември 2022 година, истражувачите пријавија успешно одгледување на збогатена култура на неостварливи археи на Асгард, која ја снимиле со помош на крио-електронска томографија. Тие забележаа дека клетките на Асгард навистина имаат комплексен цитоскелет базиран на актин. Ова беше првиот директен визуелен доказ за археалното потекло на еукариотите, значаен чекор во разбирањето на потеклото на еукариотите.
До 1977 година, формите на живот на Земјата беа групирани во еукариоти (комплексни форми кои се карактеризираат со вклучување на генетски материјали на клетката во добро дефинирано јадро и присуство на цитоскелет) и прокариоти (поедноставни форми на живот со генетски материјал во цитоплазмата без одредено јадро, вклучувајќи бактерии и архебактерии). Се сметаше дека клеточниот еукариоти еволуирале пред околу 2 милијарди години, веројатно од прокариотите. Но, како точно настанале еукариотите? Како се поврзани сложените клеточни облици на живот со поедноставните клеточни облици на живот? Ова беше големо отворено прашање во биологијата.
Технолошкиот напредок во молекуларната биологија на гените и протеините помогна да се навлезе во суштината на проблемот кога, во 1977 година, беше откриено дека археите (тогаш наречени „архебактерии“) се „колку што се далечно поврзани со бактериите како што се бактериите еукариоти".Претходното разграничување на формите на живот во прокариоти и еукариоти се засноваше на фенотипските разлики на ниво на клеточни органели. Наместо тоа, филогенетскиот однос треба да се заснова на широко дистрибуирана молекула. Рибозомалната РНК (rRNA) е една таква биомолекула која е присутна во сите системи што се самореплицираат и чии секвенци многу малку се менуваат со текот на времето. Анализата заснована на карактеризацијата на секвенцата на rRNA бара групирање на живите организми во евбактерии (кои ги опфаќаат сите типични бактерии), археаи еукариоти1.
Последователно, почнаа да се појавуваат докази за поблиска врска помеѓу археите и еукариотите. Во 1983 година, беше откриено дека РНК полимеразите зависни од ДНК на археите и еукариоти се од ист тип; и двете покажуваат впечатливо слични имунохемиски својства и двете се изведени од заедничка структура на предците2. Врз основа на заклучено композитно филогенетско дрво на протеински пар, друга студија објавена во 1989 година, откри поблиска врска на археите со еукариотите отколку со еубактериите3. Во тоа време, археалното потекло на еукариоти беше воспоставена, но преостанаа да се идентификуваат и проучуваат точните археални видови.
Раст во геномските студии по успехот во проект за геном, го обезбеди многу потребното полнење на оваа област. Помеѓу 2015-2020 година, неколку студии покажаа дека Асгард археа носат еукариотски специфични гени. Нивните геноми се збогатени со протеини кои се сметаат за специфични за еукариотите. Овие студии јасно ги идентификуваа археите на Асгард да имаат најблиска генетска близина до еукариот поради присуството на стотици гени на еукариотски потписни протеини (ESP) во нивниот геном.
Следниот чекор беше физички да се визуелизира внатрешната подрумска структура на археите на Асгард за да се потврди улогата на ESP, бидејќи нашироко се смета дека ESPs играат клучна улога во формирањето на сложени клеточни структури. За ова, беа потребни високо збогатени култури на оваа археа, но познато е дека Асгард е неостварлив и мистериозен. предизвикувајќи потешкотии во одгледувањето во доволно големо количество за да се проучуваат во лабораторија. Според една студија објавена неодамна на 21 декември 2022 година, оваа тешкотија сега е надмината.
Истражувачите, по шест години напорна работа, импровизираа техники и успешно култивираа во лабораторија, високо збогатена култура на "Candidatus Lokiarchaeum ossiferum', член на филумот Асгард. Ова беше извонредно достигнување, исто така затоа што ова им овозможи на истражувачите да ги визуелизираат и проучуваат внатрешните клеточни структури на Асгард.
Крио-електронската томографија беше употребена за слика на културата на збогатување. Асгардовите клетки имале кокоидни клеточни тела и мрежа од разгранети испакнатини. Структурата на клеточната површина беше сложена. Цитоскелетот се протега низ клеточните тела. Извитканите двоверижни филаменти содржат Локиактин (односно хомолози на актин кодирани од Lokiarchaeota). Така, клетките на Асгард имале комплексен цитоскелет базиран на актин, за кој истражувачите предлагаат, пред еволуцијата на првиот еукариоти.
Како прв конкретен физички/визуелен доказ за археалното потекло на еукариотите, ова е извонреден напредок во биологијата.
***
Референци:
- Woese CR и Fox GE, 1977. Филогенетска структура на прокариотскиот домен: Примарните кралства. Објавено ноември 1977 година. PNAS. 74 (11) 5088-5090. DOI: https://doi.org/10.1073/pnas.74.11.5088
- Хует, Џ., и сор 1983. Архебактериите и еукариотите поседуваат РНК полимерази зависни од ДНК од заеднички тип. EMBO J. 2, 1291-1294 (1983). DOI: https://doi.org/10.1002/j.1460-2075.1983.tb01583.x
- Ивабе, Н., и сор 1989 година. Proc. Натл акад. Sci. САД 86, 9355–9359. DOI: https://doi.org/10.1073/pnas.86.23.9355
- Родригес-Оливеира, Т., и сор. 2022. Актински цитоскелет и комплексна клеточна архитектура во археон Асгард. Објавено: 21 декември 2022. Природа (2022). DOI: https://doi.org/10.1038/s41586-022-05550-y
***
