Научници се широко слажу да је сложен живот настао након што су два веома различита микроба успоставила блиско партнерство. То спајање је на крају довело до биљака, животиња и гљива, заједнички познатих као еукариоти. Ипак, једно кључно питање се мучи годинама. Како су се ова два организма срела ако је једном био потребан кисеоник да би преживео, док се веровало да други успева само у срединама без кисеоника?
Истраживачи са Универзитета Тексас у Остину сада извјештавају о доказима који би могли ријешити ту загонетку. Писање у часопису Природатим се фокусирао на групу микроба званих Асгардске археје, који се сматрају блиским рођацима предака сложеног живота. Иако већина познатих Асгарда живи у дубоком мору или другим срединама сиромашним кисеоником, нова студија показује да неки чланови ове групе могу толерисати или чак користити кисеоник. Ово откриће јача дугогодишњу теорију да је сложен живот еволуирао како је предвиђено, вероватно у окружењу где је био присутан кисеоник.
„Већина Асгарда данас живих пронађена је у срединама без кисеоника“, објаснио је Брет Бејкер, ванредни професор науке о мору и интегративне биологије на УТ. „Али испоставило се да они који су најближи еукариотима живе на местима са кисеоником, као што су плитки обални седименти и плутају у воденом стубу, и да имају много метаболичких путева који користе кисеоник. То сугерише да је и наш еукариотски предак вероватно имао ове процесе.“
Велики догађај оксидације и рани еукариоти
Бејкеров тим проучава геноме Асгардске археје да би идентификовао нове гране групе и боље разумео како ови микроби стварају енергију. Њихова најновија открића су у складу са оним што су геолози и палеонтолози реконструисали о раној Земљиној атмосфери.
Пре више од 1,7 милијарди година ниво кисеоника у атмосфери био је изузетно низак. Затим су концентрације кисеоника нагло порасле током онога што научници називају Великим догађајем оксидације, на крају се приближивши нивоима сличним онима данас. У року од неколико стотина хиљада година од овог драматичног пораста, у фосилном запису појављују се најранији познати микрофосили еукариота. Ово блиско време сугерише да је кисеоник можда играо кључну улогу у настанку сложеног живота.
„Чињеница да су неки од Асгарда, који су наши преци, могли да користе кисеоник се веома добро уклапа у ово“, рекао је Бејкер. „У окружењу се појавио кисеоник, а Асгарди су се томе прилагодили. Нашли су енергетску предност у коришћењу кисеоника, а затим су еволуирали у еукариоте.“
Симбиоза и рађање митохондрија
Преовлађујући модел сматра да су еукариоти настали када је Асгардски археон формирао симбиотски однос са алфапротеобактеријом. Временом су се ова два организма интегрисала у једну ћелију. Алфапротеобактерија је на крају еволуирала у митохондрије, структуру унутар еукариотских ћелија која производи енергију.
У овој студији, истраживачи су значајно проширили познату генетску разноликост Асгардске археје. Они су идентификовали специфичне групе, укључујући Хеимдалларцхаеи, које су посебно блиско повезане са еукариотима, али су данас релативно ретке.
„Ове Асгардске археје се често пропуштају секвенционирањем ниске покривености“, рекла је коауторка Катхрин Апплер, постдокторски истраживач на Институту Пастеур у Паризу, Француска. „Огроман напор секвенцирања и слојевитост секвенци и структурних метода омогућили су нам да видимо обрасце који нису били видљиви пре ове геномске експанзије.“
Масивни напори за секвенцирање генома
Рад је започео Апплеровом докторатом. истраживање на Институту за поморску науку Универзитета Тексас 2019. године, када је извукла ДНК из морских седимената. Тим и сарадници УТ-а на крају су саставили више од 13.000 нових микробних генома. Пројекат је комбиновао узорке из више морских експедиција и захтевао је анализу отприлике 15 терабајта ДНК животне средине.
Из овог обимног скупа података, истраживачи су опоравили стотине нових генома Асгарда, скоро удвостручавајући познату геномску разноликост групе. Упоређујући генетске сличности и разлике, изградили су проширено дрво живота Асгардске археје. Новоидентификовани геноми су такође открили раније непознате групе протеина, удвостручавајући број признатих ензимских класа унутар ових микроба.
АИ анализа протеина метаболизма кисеоника
Тим је затим детаљније испитао Хеимдалларцхаеиа, упоређујући њихове протеине са онима који се налазе у еукариотима који су укључени у производњу енергије и метаболизам кисеоника. Да би то урадили, користили су систем вештачке интелигенције назван АлпхаФолд2 да предвиде тродимензионалне облике протеина. Пошто структура протеина одређује како он функционише, ова анализа је дала важне трагове.
Резултати су показали да неколико протеина Хеимдалларцхаеиа веома личи на оне које користе еукариотске ћелије за енергетски ефикасан метаболизам заснован на кисеонику. Ова структурна сличност нуди додатну подршку идеји да су преци сложеног живота већ били прилагођени коришћењу кисеоника.
Други сарадници у студији били су бивши истраживачи УТ Ксијанже Гонг (тренутно на Универзитету Шандонг у Кини), Педро Леао (сада на Универзитету Радбоуд у Холандији), Маргуерите Лангвиг (сада на Универзитету Висконсин-Медисон) и Валери Де Анда (тренутно на Универзитету у Бечу). У истраживању су учествовали и Џејмс Лингфорд и Крис Грининг са Универзитета Монаш у Аустралији, заједно са Касијани Панагиоту и Тисом Етемом са Универзитета Вагенинген у Холандији.
Финансирање су делимично обезбедиле фондације Гордон и Бети Мур и Симонс, Национална фондација за природне науке Кине и Национални савет за здравство и медицинска истраживања Аустралије.
