Ponad dwa miliardy lat temu, zanim ziemska atmosfera stała się bogata w tlen, niektóre mikroorganizmy mogły już wykorzystać jego moc. Nowe badania genetyczne sugerują, że archeony asgardzkie — najbliżsi bakteriowi krewni roślin i zwierząt — posiadali narzędzia molekularne, które pozwoliły im rozwijać się dzięki tlenowi, potencjalnie zmieniając nasze rozumienie złożonego życia.
Zagadka wczesnej ewolucji życia
Przez dziesięciolecia naukowcy snuli teorię, że złożone komórki (eukarioty) powstają w wyniku połączenia starożytnego mikroorganizmu z bakterią. Związek ten ostatecznie doprowadził do powstania organizmów, od drzew po ludzi. Pozostało jednak kluczowe pytanie: jak doszło do tej fuzji w środowisku o niskiej zawartości tlenu? Bakteria, która stała się wytwarzającym energię mitochondrium wewnątrz komórek eukariotycznych, do przeżycia potrzebuje tlenu. Jeśli archeony żywiciela nie tolerowały tlenu, fuzja byłaby mało prawdopodobna.
To nowe badanie, opublikowane 18 lutego w czasopiśmie Nature, sugeruje, że archeony żywicieli, w szczególności archeony asgardyjskie, mogły być bardziej tolerancyjne na tlen, niż wcześniej sądzono.
Skąd wzięły się dowody?
Naukowcy przeanalizowali ogromne ilości danych genetycznych zebranych z osadów oceanicznych i wody morskiej, łącznie około 15 terabajtów. Zrekonstruowali ponad 13 000 genomów drobnoustrojów, identyfikując setki spokrewnionych z archeonami asgardyjskimi. Zespół pobrał próbki z głębokości 30 metrów w Morzu Bohai do 2000 metrów w Basenie Guaymas – oba obszary tętniły życiem drobnoustrojów.
Znaleziono klucz? Archaea asgardyjska, blisko spokrewniona z eukariontami, została znaleziona w środowiskach bogatych w tlen, takich jak osady przybrzeżne i otwarte wody. Te drobnoustroje miały szlaki metaboliczne, które aktywnie wykorzystywały tlen.
Sprawdzone mechanizmy pracy z tlenem
Wykorzystując narzędzia sztucznej inteligencji, takie jak AlphaFold2, do przewidywania struktury białek, naukowcy odkryli, że niektóre linie rodowe Asgardu, zwłaszcza Heimdallarchaeia, niosą geny umożliwiające oddychanie tlenowe – proces wykorzystywany przez organizmy do pozyskiwania energii z pożywienia przy użyciu tlenu. Odkryli także enzymy neutralizujące toksyczne produkty uboczne metabolizmu tlenu. Sugeruje to, że archeony, przodkowie złożonych komórek, niekoniecznie ograniczały się do warunków beztlenowych.
„Tlen pojawił się w środowisku, a Asgardczycy się do niego przystosowali” – mówi współautor badania Brett Baker. „Odkryli przewagę energetyczną wynikającą z wykorzystania tlenu, a następnie ewoluowali w eukarionty”.
Dlaczego to jest ważne
To odkrycie to nie tylko przepisanie podręczników. Wypełnia długotrwałą lukę w naszym rozumieniu początków złożonego życia. Jeśli żywiciel archeonów poradzi sobie z tlenem, wówczas fuzja z bakterią zależną od tlenu stanie się bardziej prawdopodobna. Oznacza to, że wczesne życie niekoniecznie było ograniczone brakiem tlenu; przystosował się do jego obecności, torując drogę ewolucji bardziej złożonych organizmów.
Badanie podkreśla również znaczenie głębokich badań genomicznych w odkrywaniu ukrytych historii ewolucji. Archaea asgardyjska, nazwana na cześć siedziby nordyckich bogów, została po raz pierwszy zidentyfikowana w 2015 roku. Odkrycia te podkreślają, jak wiele wciąż musimy się dowiedzieć o świecie drobnoustrojów i jego roli w kształtowaniu życia na Ziemi.
