Ερευνητές ανακαλύπτουν έναν χαμένο κρίκο στην εξέλιξη των πολύπλοκων κυττάρων

Σε μια νέα μελέτη, που δημοσιεύθηκε στο Nature την εβδομάδα που πέρασε, μια ερευνητική ομάδα με επικεφαλής επιστήμονες από το Πανεπιστήμιο της Ουψάλα, στη Σουηδία, παρουσίασε την ανακάλυψη ενός νέου μικρόβιο που αντιπροσωπεύει έναν κρίκο που έλλειπε στην εξέλιξη της σύνθετης ζωής. Η μελέτη παρέχει μια νέα κατανόηση του πώς, πριν από δισεκατομμύρια χρόνια, εξελίχθηκαν από τα απλά μικρόβια οι σύνθετοι τύποι κυττάρων που περιέχουν τα φυτά, οι μύκητες, αλλά και τα ζώα και ο άνθρωπος.

Τα κύτταρα είναι οι βασικές δομικές μονάδες όλης της ζωής στον πλανήτη μας. Ωστόσο, ενώ τα κύτταρα των βακτηρίων και άλλων μικροβίων είναι μικρά και απλά, όλη η ζωή που φαίνεται, συμπεριλαμβανομένων και των ανθρώπων, γενικά συγκροτείται από μεγάλα και σύνθετου τύπου κύτταρα. Η προέλευση αυτών των πολύπλοκων κυτταρικών τύπων ήταν για πολύ καιρό ένα μυστήριο για την επιστημονική κοινότητα, τώρα όμως, ερευνητές από το Πανεπιστήμιο της Ουψάλα, στη Σουηδία, ανακάλυψαν μια νέα ομάδα μικροοργανισμών που αντιπροσωπεύει έναν ελλείποντα κρίκο στην εξελικτική μετάβαση από τα απλά στα σύνθετα κύτταρα.

Στα 1970, ο διακεκριμένος βιολόγος Carl Woese ανακάλυψε μια εντελώς νέα ομάδα μικροοργανισμών, τα Αρχαία, και έδειξε ότι αυτά αντιπροσώπευαν ένα ξεχωριστό κλαδί στο Δέντρο της Ζωής. Ήταν ένα εύρημα που εξέπληξε την επιστημονική κοινότητα εκείνης της εποχής. Παρόλο αυτά αρχαϊκά κύτταρα ήταν απλά και μικρά, όπως τα βακτήρια, οι ερευνητές διαπίστωσαν ότι τα Αρχαία ήταν πιο σχετικά πιο κοντά στους οργανισμούς με σύνθετους τύπους κυττάρων, μια ομάδα γνωστή ως «ευκάρυα». Η παρατήρηση αυτή προβλημάτισε για δεκαετίες τους επιστήμονες: Πώς θα μπορούσαν οι σύνθετοι τύποι κυττάρων των ευκαρυωτικών κυττάρων (ή ευκάρυων) να έχουν προκύψει από τα απλά κύτταρα των Αρχαίων;

Στο Nature, οι ερευνητές από το Πανεπιστήμιο της Ουψάλα στη Σουηδία, μαζί με τους συνεργάτες από τα πανεπιστήμια του Μπέργκεν (Νορβηγία) και της Βιέννης (Αυστρία) αναφέρουν την ανακάλυψη μιας νέας ομάδας Αρχαίων, τα Lokiarchaeota (ή «Loki,»για συντομία ) και τα προσδιόρισαν ότι είναι ένας κρίκος που λείπει από την προέλευση των ευκάρυων.

«Το puzzle της καταγωγής των ευκάρυων είναι εξαιρετικά περίπλοκο, καθώς πολλά ακόμη κομμάτια εξακολουθούν να αγνοούνται. Ελπίζαμε ότι τα Loki θα μπορούσαν να αποκαλύψουν λίγα περισσότερα κομμάτια του, αλλά όταν πήραμε τα πρώτα αποτελέσματα δεν μπορούσαμε να πιστέψουμε στα μάτια μας. Τα δεδομένα απλά φαινόταν θεαματικά», λέει ο Thijs Ettema του Τμήματος Κυτταρικής και Μοριακής Βιολογίας, στο Πανεπιστήμιο της Ουψάλα, που ηγείται της επιστημονικής ομάδας που πραγματοποίησε τη μελέτη.

«Μελετώντας το γονιδίωμά τους, διαπιστώσαμε ότι τα Loki αντιπροσωπεύουν μια ενδιάμεση μορφή μεταξύ των απλών κυττάρων των μικροβίων και των πολύπλοκων τύπων κυττάρων του ευκάρυων», λέει ο Thijs Ettema. Όταν τα Loki τοποθετήθηκαν στο Δέντρο της Ζωής, η ιδέα αυτή επιβεβαιώθηκε. «Τα Loki διαμόρφωσαν μια καλά υποστηριζόμενη ομάδα με τα ευκάρυα, στις αναλύσεις μας», λέει ο Lionel Guy, ένας από τους επιστήμονες από το Πανεπιστήμιο της Ουψάλα που συμμετείχαν στη μελέτη.

«Επιπροσθέτως, βρήκαμε ότι τα Loki μοιράζονται πολλά γονίδια αποκλειστικά με τα ευκάρυα, στοιχείο που υποδηλώνει ότι η κυτταρική πολυπλοκότητα αναδύθηκε σε ένα πρώιμο στάδιο της εξέλιξης των ευκάρυων», λέει η Anja Spang, ερευνήτρια του Τμήματος Κυτταρικής και Μοριακής Βιολογίας, στο Πανεπιστήμιο της Ουψάλα και μια από τους συγγραφείς της μελέτης.

Το όνομα Lokiarchaeota παράγεται από το μέρος που βρέθηκε, το αφιλόξενο περιβάλλον του Κάστρου Loki, ένα σύστημα υδροθερμικών οπών που βρίσκεται στη Μεσο-Ατλαντική Ζώνη, μεταξύ Γροιλανδίας και Νορβηγίας, σε βάθος 2.352 μέτρων. «Οι Υδροθερμικές οπές είναι ηφαιστειακά συστήματα που βρίσκονται στο βυθό του ωκεανού. Το μέρος όπου βρέθηκαν τα Loki, επηρεάζεται σε μεγάλο βαθμό από την ηφαιστειακή δραστηριότητα, αλλά στην πραγματικότητα βρίσκεται σε αρκετά χαμηλή θερμοκρασία», λέει ο Steffen Jørgensen από το Πανεπιστήμιο του Μπέργκεν στη Νορβηγία, ο οποίος συμμετείχε στη λήψη των δειγμάτων, από την περιοχή όπου βρέθηκαν τα Loki.

«Τα ακραία περιβάλλοντα γενικά περιέχουν πολλούς άγνωστους μικροοργανισμούς, που αναφέρουμε ως μικροβιακή σκοτεινή ύλη», λέει ο Jimmy Saw, ερευνητής στο Τμήμα Κυτταρικής και Μοριακής Βιολογίας, στο Πανεπιστήμιο της Ουψάλα, και συγγραφέας της εργασίας. Εξερευνώντας τη μικροβιακή σκοτεινή ύλη με νέες γονιδιωματικές τεχνικές, ο Thijs Ettema και η ομάδα του ελπίζουν να βρουν περισσότερα στοιχεία σχετικά με το πώς εξελίχθηκαν τα πολύπλοκα κύτταρα.

«Κατά κάποιο τρόπο, μόλις ξεκινήσαμε. Υπάρχουν ακόμα πολλά να ανακαλυφθούν, εκεί έξω και είμαι πεπεισμένος ότι θα αναγκαστούμε να αναθεωρούμε τα βιβλία της βιολογίας μας πιο συχνά στο εγγύς μέλλον», συμπληρώνει ο ο Thijs Ettema.

Πηγή: Uppsala University