Podróż do mikroświata, który nas stworzył

W stromatolitach z Zatoki Rekinów w Australii badacze zaobserwowali bezpośrednią interakcję archeonów z grupy Asgard i bakterii. To pierwszy tak szczegółowy model współpracy mikroorganizmów, która mogła doprowadzić do powstania komórek złożonych

Na wybrzeżu zachodniej Australii znajduje się miejsce, które można traktować jak okno w przeszłość – stromatolity i maty mikrobiologiczne Gathaagudu (Zatoka Rekinów). Dla niewprawnego oka wyglądają jak zbiór skał i śluzowatej masy, w rzeczywistości jednak tętnią życiem mikroorganizmów. Stromatolity to żywe relikty dawnych ekosystemów, które istniały na Ziemi miliardy lat temu.

Wejście do wody w tym miejscu daje wrażenie cofania się w czasie. To właśnie takie struktury najprawdopodobniej odpowiadały za pierwsze bąbelki tlenu, które zaczęły wypełniać atmosferę młodej Ziemi. W pewnym sensie to im zawdzięczamy własne istnienie.

Jakie jeszcze informacje o przeszłości kryją te ekosystemy? Dzięki dekadom badań wiemy, jak wczesne życie rozwijało się w tych „żywych skałach”. Niedawno zespół badaczy podjął próbę odtworzenia jednego z najstarszych etapów tej historii – poszukiwania naszych mikrobiologicznych przodków, archeonów z grupy Asgard.

W  pracy opublikowanej w czasopiśmie Current Biology autorzy opisują odkrycie, które może pomóc wyjaśnić, jak powstało złożone życie na Ziemi.

Komórki, z których powstały organizmy złożone

Archeony Asgard zawdzięczają swoją nazwę nordyckim bogom. Ta grupa mikroorganizmów znajduje się na granicy jednego z najważniejszych momentów w ewolucji życia – powstania komórek złożonych, czyli eukariontów, z których zbudowane są rośliny i zwierzęta.

Dane wskazują, że archeony Asgard są najbliższymi krewnymi eukariontów. Wczesne życie na Ziemi mogło doprowadzić do ich powstania poprzez swoisty „związek” archeonu Asgard i bakterii.

Mikroorganizmy te utworzyły trwałą relację – wymieniały zasoby i wchodziły w bezpośrednie interakcje fizyczne, co ostatecznie doprowadziło do powstania pierwszych komórek złożonych. Można to porównać do historii dwóch odległych rodzin, które mimo różnic zdecydowały się na współpracę.

Dotąd brakowało jednak modelu pokazującego, jak taki proces mógł wyglądać w praktyce.

Obraz z przeszłości

Zespół badaczy wykorzystał maty mikrobiologiczne z Zatoki Rekinów jako materiał wyjściowy do hodowli tych mikroorganizmów. Na świecie tylko cztery grupy badawcze osiągnęły ten cel, po latach prób utrzymania archeonów Asgard w warunkach laboratoryjnych.

Archeony nie występowały jednak same. Naukowcy znaleźli je w towarzystwie bakterii wykorzystującej siarczany. To skojarzenie może odzwierciedlać sposób, w jaki złożone życie zaczęło się na wczesnej Ziemi.

Badacze rozpoczęli od sekwencjonowania DNA archeonów, aby zrozumieć ich funkcjonowanie na poziomie genetycznym. Wykorzystali też sztuczną inteligencję do modelowania zachowania białek w świecie sprzed pojawienia się eukariontów. Wyniki wskazują, że oba organizmy dzieliły się składnikami odżywczymi, czyli faktycznie współpracowały.

Kolejnym krokiem była próba ustalenia, jak wyglądali nasi mikrobiologiczni przodkowie. W tym celu użyto krio-tomografii elektronowej – techniki obrazowania pozwalającej obserwować struktury komórkowe w skali nanometrów.

Po raz pierwszy pokazano bezpośrednią interakcję archeonu Asgard i bakterii. Oba organizmy były połączone cienkimi nanorurkami. Struktury te mogą przypominać mechanizmy, które na wczesnej Ziemi doprowadziły do powstania komórek złożonych.

Nauka zachodnia i wiedza rdzennych mieszkańców

Odkrycie pochodzi z Gathaagudu – miejsca wpisanego na listę światowego dziedzictwa, o wyjątkowym znaczeniu przyrodniczym i kulturowym.

Aborygeni zamieszkują ten obszar od ponad 30 tysięcy lat. Badacze starali się uwzględnić język ludu Malgana, jednej z tradycyjnych grup językowych regionu, łącząc naukę zachodnią z wiedzą rdzennych mieszkańców.

We współpracy z ekspertką języka Malgana, Kymberley Oakley, oraz starszyzną aborygeńską nadano nowemu archeonowi nazwę Nerearchaeum marumarumayae. Drugi człon nazwy pochodzi z języka Malgana i oznacza „starożytne miejsce” – odniesienie do stromatolitów jako struktur sięgających początków historii Ziemi.

Włączenie języka aborygeńskiego do nazewnictwa nowego mikroorganizmu ma symbolicznie połączyć kulturę rdzennych mieszkańców Australii z odkryciem organizmu żyjącego w tych samych matach mikrobiologicznych.

Gathaagudu jest dziś zagrożone przez zmiany klimatu – fale upałów, cyklony i działalność człowieka. Ochrony wymagają zarówno wartości kulturowe związane z ludnością aborygeńską, jak i ślady historii życia zapisane w tych ekosystemach.

Badanie pozwala zajrzeć w przeszłość. Pokazuje, jak odległe linie mikroorganizmów mogły się połączyć i stworzyć pierwsze eukarionty – formy życia, z których ostatecznie wywodzi się także człowiek.

Autorzy:
Brendan Paul Burns – profesor nadzwyczajny, School of Biotechnology and Biomolecular Science, UNSW Sydney
Kymberley Oakley – specjalistka ds. języka i wiedzy rdzennych mieszkańców

Źródło:
Oryginalny artykuł ukazał się w serwisie The Conversation i jest dostępny pod adresem:
https://theconversation.com/first-contact-that-may-have-led-to-complex-life-on-earth-finally-witnessed-by-scientists-280173

• Nauki ścisłe i nauki o Ziemi