Foto: University of Texas at Austin
Naime, nova studija,
objavljena u časopisu Nature, utvrdila je da je najraniji zajednički
predak svih složenih organizama, eukariota, drevni jednostanični
organizam nazvan Asgard Archaea.
Podjela organizama na tri skupine
Arheje su mikroskopski organizmi koji pripadaju jednoj od tri glavne
domene života na Zemlji, a karakteriziraju ih jednostavne stanice bez
jezgre. Druge dvije su bakterije i eukarioti koji imaju složenije
stanice, a mogu biti jednostanični i višestanični.
Zahvaljujući mikroskopiji, rani biolozi bili su u mogućnosti
napraviti tek binarnu podjelu organizama na eukariote i bakterije.
Eukarioti su imali velike, kompleksne stanice s unutarnjim odjeljcima,
dok su bakterije uglavnom bile jednostavne i bez osobitih značajki.
To je nametnulo pitanje: kako je došlo do takvog ogromnog skoka u složenosti organizama?
Sekvenciranje DNA-a pružilo je neke naznake o odnosima među
različitim granama na stablu života. No tek 2016. u hidrotermalnom
izvoru u arktičkom krugu Atlantskog oceana poznatom kao Lokijev dvorac
(prema nordijskom bogu patuljku Lokiju) pronađeni su organizmi koji su
dobili ime Lokiarheje. Nakon tog otkrića znanstvenici su upotrijebili
genom Lokiarheja kako bi pronašli veliku skupinu srodnih vrsta koje su
nazvali Asgard Archaea. Genetski gledano, ti su organizmi najbliži
srodnici složenih stanica. Pokazalo se da su im toliko bliski da bi svi
organizmi sa složenim stanicama na stablu života mogli biti jedna grana
ove skupine.
Otkriće ovih mikroorganizama pružilo je novi uvid u evolucijsku
povijest života na Zemlji pa su znanstvenici nazivom Asgard, među
ostalim, htjeli ukazati na njihovu važnost i jedinstvenost.
Što je Asgard?
Asgard je u nordijskoj mitologiji zamišljen kao grandiozan, prelijep grad smješten na nebu.
U njemu prebivaju nordijski bogovi kao što su Odin, Thor, Freya i
Loki, a on je mostom Bifröst povezan s Midgardom, svijetom ljudi i
drugim svjetovima. Prilično prikladno u ovoj evolucijskoj priči.
Potraga za prvim pretkom složenog života
Znanstvenici do danas nisu uspjeli precizno utvrditi zajedničkog
pretka složenih organizama eukariota niti mogu točno znati kako su i
zašto od jednostaničnih organizama nastali višestanični.
O ovome drugome postoje razne teorije. Primjerice, prema prvoj,
teoriji o prednosti suradnje, višestanični organizmi nastali su zbog
prednosti koju nosi udruživanje, specijalizacija i suradnja više
stanica. Prema drugoj, teoriji o evolucijskoj prednosti, višestanični
organizmi imali su veću sposobnost prilagodbe na različite uvjete
okoline, veću otpornost na stres i veću efikasnost u iskorištavanju
resursa.
Teorija postoji više, a moguće je da ih je više točno.
Prije više od dvije milijarde godina postojali su samo mikrobi
Procjenjuje se da su se najstariji eukarioti koji su do danas
otkriveni razvili prije oko dvije milijarde godina, što ukazuje na to da
su prije toga postojale samo različite vrste mikroorganizama.
“Koji su se događaji odvijali da su mikroorganizmi evoluirali u
eukariote?” pita koautor nove studije Brett Baker, profesor integrativne
biologije i morskih znanosti na Sveučilištu u Austinu.
“To je veliko pitanje. Pronalazak ovog zajedničkog pretka važan je korak u razumijevanju odgovora”, istaknuo je za SciTechDaily.
Potraga za najbližim zajedničkim rođakom
U novom istraživanju tim pod vodstvom Thijsa Ettema sa Sveučilišta
Wageningen u Nizozemskoj utvrdio je da je među svim mikrobima najbliži
rođak svim kompleksnim oblicima života na stablu života red nazvan
Hodarchaeales (ili ukratko u množini Hodi).
Hodi, koji se mogu pronaći u morskim sedimentima, jedna su od nekoliko podgrupa unutar veće skupine arheja Asgard.
Arheje Asgard evoluirale su prije više od 2 milijarde godina, a
njihovi potomci još uvijek žive na Zemlji. Neke su otkrivene u
sedimentima dubokog mora i u termalnim izvorima širom svijeta, no do
sada su samo dvije vrste uspješno uzgojene u laboratoriju.
Genski vremeplov u prošlost
Kako bi ih što više i što bolje identificirali i istražili,
znanstvenici su se potrudili prikupiti njihov genski materijal iz
okoline i zatim sastaviti njihove genome. Na temelju genskih sličnosti s
drugim organizmima koji se mogu uzgojiti i proučiti u laboratoriju
znanstvenici nastoje razumjeti metabolizam i druge značajke Asgarda.
“Zamislite vremenski stroj, koji ne služi da biste istražili eru
dinosaura ili drevnih civilizacija, već da biste duboko zaronili u
potencijalne metaboličke reakcije koje su mogle pokrenuti početak
kompleksnog života”, rekla je Valerie De Anda, istraživačica koja radi u
Bakerovom laboratoriju.
“Umjesto fosila ili drevnih artefakata, promatramo genske nacrte
modernih mikroba kako bismo rekonstruirali njihovu prošlost”, dodala je.
Proširenje popisa arheja Asgard
U svojem istraživanju tim je proširio poznatu genomsku raznolikost
arheja Asgard, dodavši na listu za modeliranje više od 50 dosad
neopisanih genoma. Njihova analiza pokazala je da je predak svih
modernih arheja Asgard vjerojatno živio u vrućim okolinama te da je za
život koristio CO2 i neke druge kemikalije.
S druge strane, Hodi, koji su bliže povezani s eukariotima,
metabolički su sličniji nama, koriste ugljik i žive u hladnijim
okolinama.
“To je zaista uzbudljivo jer prvi put gledamo molekularne nacrte
pretka koji je predstavljao početak prvih eukariotskih stanica”, rekla
je De Anda.
Razvoj iz arheja Asgard je logičan
Baker smatra da ima smisla da su od svih arheja upravo one iz skupine
Asgard bile preteče eukariota. Naime, poput eukariota, pripadnici te
skupine u svojim genomima imaju mnogo gena s više kopija. Znanstvenici
su već ranije uočili da su kod eukariota, nakon dupliciranja gena, nove
kopije često preuzimale nove funkcije, dajući organizmima nove
sposobnosti, što je bio jedan od glavnih pokretača evolucije.
“Ne znamo do čega su dovele duplikacije gena u ovim Asgardima”, rekao je Baker.
“No znamo da su kod eukariota dovele do novih funkcija i povećanja
stanične složenosti. Stoga mislimo da je to jedan od načina na koji su
Asgardi doveli do inovacija koje određuju eukariote”, pojasnio je.
Slične su nam i po proteinima
Znanstvenici koji proučavaju arheje pronašli su u njima brojne proteine koji su se nekoć smatrali jedinstvenima za eukariote.
Baker je rekao da se nameće pitanje koje su funkcije oni mogli obavljati u arhejama.
“Znanstveno proučavanje ovih jednostavnijih oblika života i njihovih
eukariotskih karakteristika reći će nam puno o nama samima”, poručio je
Baker.
***
Index