Νέα έρευνα δείχνει ότι τα στρωματόλιθα δεν διαμόρφωσαν μόνο τη ζωή στη Γη, αλλά ίσως κρύβουν και το μυστικό της γέννησης των πολύπλοκων οργανισμών, αποκαλύπτοντας άγνωστες συνεργασίες μικροοργανισμών
Οι στρωματόλιθοι μπορεί να μοιάζουν με ασήμαντους, σκοτεινούς βραχώδεις σχηματισμούς, αλλά κάθε άλλο παρά άψυχοι είναι.
Αυτές οι δομές, μαζί με παρόμοια μικροβιακά στρώματα, δημιουργούνται από στρώσεις μικροοργανισμών που διαμορφώνουν την επιφάνεια της Γης εδώ και δισεκατομμύρια χρόνια.
Πολύ πριν εμφανιστούν δάση, ζώα ή ακόμη και απλοί πολυκύτταροι οργανισμοί, αυτές οι μικροβιακές κοινότητες ήδη μεταμόρφωναν τον πλανήτη.
Παράγοντας οξυγόνο μέσω της φωτοσύνθεσης, οι στρωματόλιθοι βοήθησαν να μετατραπεί η ατμόσφαιρα της Γης σε ένα περιβάλλον ικανό να υποστηρίξει σύνθετη ζωή.
Τώρα, νέα έρευνα υποδηλώνει ότι μπορεί επίσης να διατηρούν στοιχεία για το πώς αυτή η πολυπλοκότητα εμφανίστηκε για πρώτη φορά.
Ο αναπληρωτής καθηγητής Brendan Burns, εξελικτικός μικροβιολόγος στο UNSW Sydney, είναι μέλος μιας ερευνητικής ομάδας που ανακάλυψε έναν μέχρι τώρα άγνωστο μικροοργανισμό που ζει σε στενή σχέση με έναν άλλον οργανισμό μέσα σε αυτά τα λεγόμενα «ζωντανά απολιθώματα».
Η μελέτη, που πραγματοποιήθηκε μαζί με επιστήμονες από το Πανεπιστήμιο Τεχνολογίας του Sydney και το Πανεπιστήμιο της Melbourne, μπορεί να ρίξει φως σε ένα από τα μεγαλύτερα ερωτήματα της βιολογίας: πώς απλά κύτταρα ενώθηκαν για να σχηματίσουν πιο σύνθετες μορφές ζωής.
«Οι στρωματόλιθοι μπορεί να είναι κάτι περισσότερο από ένα "λίκνο της ζωής", όπου άνθισε η πρώιμη μικροβιακή ζωή», λέει ο Burns. «Μπορεί επίσης να μας δείξουν πώς εμφανίστηκε η σύνθετη ζωή»!
Το «μικροβιακό χωριό που βοήθησε να γεννηθεί ένα ευκαρυωτικό κύτταρο»
Παρόλο που οι στρωματόλιθοι εμφανίστηκαν πριν από δισεκατομμύρια χρόνια, εξακολουθούν να σχηματίζονται σήμερα στο Shark Bay, μια περιοχή παγκόσμιας κληρονομιάς στη Δυτική Αυστραλία.
Εκεί, η ομάδα συνέλεξε δείγματα και τελικά απομόνωσε ένα μέλος των αρχαίων μικροοργανισμών Asgard archaea, μιας ομάδας που θεωρείται στενά συνδεδεμένη με τους προγόνους των ευκαρυωτικών κυττάρων — δηλαδή των κυττάρων που αποτελούν φυτά, ζώα και ανθρώπους.
Μια μακροχρόνια θεωρία υποστηρίζει ότι το πρώτο ευκαρυωτικό κύτταρο σχηματίστηκε όταν ένας αρχαίος αρχαιοοργανισμός και ένα βακτήριο συνδέθηκαν στενά, με τον έναν να «καταπίνει» τον άλλον, οδηγώντας στη δημιουργία των μιτοχονδρίων - των δομών που παράγουν ενέργεια στα κύτταρα.
Μέχρι σήμερα, δεν υπήρχαν άμεσες αποδείξεις για το πώς λειτουργούσαν τέτοιες συνεργασίες. Η μελέτη αυτή παρέχει την πρώτη οπτική επιβεβαίωση ενός Asgard αρχαιοοργανισμού να αλληλεπιδρά φυσικά με ένα βακτήριο μέσω μικροσκοπικών σωληνοειδών συνδέσεων, των λεγόμενων νανοσωλήνων.
«Αυτό θα μπορούσε να αποτελεί ένα μικρό μοντέλο για το πώς ξεκίνησαν αυτές οι συνεργασίες και τελικά οδήγησαν στη δημιουργία των ευκαρυωτών», λέει ο Burns.
Ο μακρύς δρόμος της ανακάλυψης
Η γενετική ανάλυση αποκάλυψε την παρουσία αυτών των οργανισμών, αλλά η καλλιέργειά τους στο εργαστήριο αποδείχθηκε εξαιρετικά δύσκολη.
«Χρειάστηκαν τέσσερα ή πέντε χρόνια στο εργαστήριο», λέει ο Burns. «Πολύς χρόνος, βελτιστοποίηση και δοκιμές».
Οι Asgard archaea είναι εξαιρετικά δύσκολο να αναπτυχθούν εκτός του φυσικού τους περιβάλλοντος, και η ομάδα δεν κατάφερε να τους καλλιεργήσει μεμονωμένα - κάτι που ίσως αποτελεί σημαντική ένδειξη.
«Το γεγονός ότι δεν μπορέσαμε ποτέ να τους απομονώσουμε πιθανότατα σημαίνει ότι εξαρτώνται πάντα από άλλους οργανισμούς για να επιβιώσουν», εξηγεί.
Η σημαντική πρόοδος ήρθε με τη χρήση της ηλεκτρονικής κρυοτομογραφίας, μιας προηγμένης τρισδιάστατης μεθόδου απεικόνισης.
Οι εικόνες έδειξαν ότι οι δύο μικροοργανισμοί συνδέονται φυσικά μέσω νανοσωλήνων. Παράλληλα, ο αρχαιοοργανισμός παρήγαγε μικρές φυσαλίδες και σωληνοειδείς προεκτάσεις, ενώ κάθε οργανισμός παρήγαγε ουσίες χρήσιμες για τον άλλον, όπως βιταμίνες, θρεπτικά συστατικά και υδρογόνο.
Ο συν-συγγραφέας Debnath Ghosal δήλωσε ότι η άμεση καταγραφή αυτής της αλληλεπίδρασης αποτελεί σημαντικό βήμα προς την κατανόηση της εξέλιξης των πολύπλοκων κυττάρων.
Η συν-συγγραφέας Kate Mitchie εξήγησε ότι χρησιμοποιήθηκε και βαθιά μάθηση για την πρόβλεψη των δομών των πρωτεϊνών, αποκαλύπτοντας αρχαίες μορφές κυτταρικών μηχανισμών.
Μια αρχαία αλλά ζωντανή ιστορία
Ο Iain Duggin σημείωσε ότι είναι εντυπωσιακό πως τέτοιες συνεργασίες μπορεί να εξελίσσονταν για εκατομμύρια χρόνια, συμβάλλοντας τελικά στην εμφάνιση σύνθετης ζωής, συμπεριλαμβανομένου του ανθρώπου.
«Είναι σαν να έχουμε αναδυθεί αργά από τον πυθμένα της θάλασσας», είπε.
Ο νέος μικροοργανισμός ονομάστηκε Nerearchaeum marumarumayae, από τον αρχαίο θεό της θάλασσας Νηρέα και τη λέξη marumarumayae της γλώσσας Malgana, που σημαίνει «αρχαίο σπίτι».
Η ονομασία έγινε με τη συνεργασία της κοινότητας Malgana, των παραδοσιακών κατοίκων της περιοχής, αναγνωρίζοντας τη βαθιά πολιτιστική τους σύνδεση με τη γη.
Για τους επιστήμονες, αυτά τα μικροβιακά συστήματα προσφέρουν μια σπάνια ματιά στην πρώιμη Γη. Για τους τοπικούς πληθυσμούς, παραμένουν μέρος μιας ζωντανής πολιτιστικής κληρονομιάς.
Ο Burns ελπίζει να εντοπίσει περισσότερες τέτοιες συνεργασίες, επεκτείνοντας αυτό που αποκαλεί «πρωτογενή σούπα Asgard», για να ανασυνθέσει τα πρώτα στάδια της σύνθετης ζωής.
«Αλλά δεν αφορά μόνο τους οργανισμούς», λέει. «Αφορά και τους ανθρώπους. Είναι μια τεράστια συλλογική προσπάθεια. Αυτό που κάνει αυτή την ανακάλυψη συναρπαστική είναι η σύνδεση — όχι μόνο μέσα στον χρόνο, αλλά και σε μια εποχή που αυτά τα εύθραυστα οικοσυστήματα απειλούνται από την κλιματική αλλαγή και την ανθρώπινη δραστηριότητα».
Αυτοί οι μικροοργανισμοί υπενθυμίζουν ότι ακόμη και οι μικρότεροι «συνεργάτες» μπορούν να αφήσουν το βαθύτερο αποτύπωμα στην ιστορία της ζωής.
www.bankingnews.gr
Αυτές οι δομές, μαζί με παρόμοια μικροβιακά στρώματα, δημιουργούνται από στρώσεις μικροοργανισμών που διαμορφώνουν την επιφάνεια της Γης εδώ και δισεκατομμύρια χρόνια.
Πολύ πριν εμφανιστούν δάση, ζώα ή ακόμη και απλοί πολυκύτταροι οργανισμοί, αυτές οι μικροβιακές κοινότητες ήδη μεταμόρφωναν τον πλανήτη.
Παράγοντας οξυγόνο μέσω της φωτοσύνθεσης, οι στρωματόλιθοι βοήθησαν να μετατραπεί η ατμόσφαιρα της Γης σε ένα περιβάλλον ικανό να υποστηρίξει σύνθετη ζωή.
Τώρα, νέα έρευνα υποδηλώνει ότι μπορεί επίσης να διατηρούν στοιχεία για το πώς αυτή η πολυπλοκότητα εμφανίστηκε για πρώτη φορά.
Ο αναπληρωτής καθηγητής Brendan Burns, εξελικτικός μικροβιολόγος στο UNSW Sydney, είναι μέλος μιας ερευνητικής ομάδας που ανακάλυψε έναν μέχρι τώρα άγνωστο μικροοργανισμό που ζει σε στενή σχέση με έναν άλλον οργανισμό μέσα σε αυτά τα λεγόμενα «ζωντανά απολιθώματα».
Η μελέτη, που πραγματοποιήθηκε μαζί με επιστήμονες από το Πανεπιστήμιο Τεχνολογίας του Sydney και το Πανεπιστήμιο της Melbourne, μπορεί να ρίξει φως σε ένα από τα μεγαλύτερα ερωτήματα της βιολογίας: πώς απλά κύτταρα ενώθηκαν για να σχηματίσουν πιο σύνθετες μορφές ζωής.
«Οι στρωματόλιθοι μπορεί να είναι κάτι περισσότερο από ένα "λίκνο της ζωής", όπου άνθισε η πρώιμη μικροβιακή ζωή», λέει ο Burns. «Μπορεί επίσης να μας δείξουν πώς εμφανίστηκε η σύνθετη ζωή»!
Το «μικροβιακό χωριό που βοήθησε να γεννηθεί ένα ευκαρυωτικό κύτταρο»
Παρόλο που οι στρωματόλιθοι εμφανίστηκαν πριν από δισεκατομμύρια χρόνια, εξακολουθούν να σχηματίζονται σήμερα στο Shark Bay, μια περιοχή παγκόσμιας κληρονομιάς στη Δυτική Αυστραλία.
Εκεί, η ομάδα συνέλεξε δείγματα και τελικά απομόνωσε ένα μέλος των αρχαίων μικροοργανισμών Asgard archaea, μιας ομάδας που θεωρείται στενά συνδεδεμένη με τους προγόνους των ευκαρυωτικών κυττάρων — δηλαδή των κυττάρων που αποτελούν φυτά, ζώα και ανθρώπους.
Μια μακροχρόνια θεωρία υποστηρίζει ότι το πρώτο ευκαρυωτικό κύτταρο σχηματίστηκε όταν ένας αρχαίος αρχαιοοργανισμός και ένα βακτήριο συνδέθηκαν στενά, με τον έναν να «καταπίνει» τον άλλον, οδηγώντας στη δημιουργία των μιτοχονδρίων - των δομών που παράγουν ενέργεια στα κύτταρα.
Μέχρι σήμερα, δεν υπήρχαν άμεσες αποδείξεις για το πώς λειτουργούσαν τέτοιες συνεργασίες. Η μελέτη αυτή παρέχει την πρώτη οπτική επιβεβαίωση ενός Asgard αρχαιοοργανισμού να αλληλεπιδρά φυσικά με ένα βακτήριο μέσω μικροσκοπικών σωληνοειδών συνδέσεων, των λεγόμενων νανοσωλήνων.
«Αυτό θα μπορούσε να αποτελεί ένα μικρό μοντέλο για το πώς ξεκίνησαν αυτές οι συνεργασίες και τελικά οδήγησαν στη δημιουργία των ευκαρυωτών», λέει ο Burns.
Ο μακρύς δρόμος της ανακάλυψης
Η γενετική ανάλυση αποκάλυψε την παρουσία αυτών των οργανισμών, αλλά η καλλιέργειά τους στο εργαστήριο αποδείχθηκε εξαιρετικά δύσκολη.
«Χρειάστηκαν τέσσερα ή πέντε χρόνια στο εργαστήριο», λέει ο Burns. «Πολύς χρόνος, βελτιστοποίηση και δοκιμές».
Οι Asgard archaea είναι εξαιρετικά δύσκολο να αναπτυχθούν εκτός του φυσικού τους περιβάλλοντος, και η ομάδα δεν κατάφερε να τους καλλιεργήσει μεμονωμένα - κάτι που ίσως αποτελεί σημαντική ένδειξη.
«Το γεγονός ότι δεν μπορέσαμε ποτέ να τους απομονώσουμε πιθανότατα σημαίνει ότι εξαρτώνται πάντα από άλλους οργανισμούς για να επιβιώσουν», εξηγεί.
Η σημαντική πρόοδος ήρθε με τη χρήση της ηλεκτρονικής κρυοτομογραφίας, μιας προηγμένης τρισδιάστατης μεθόδου απεικόνισης.
Οι εικόνες έδειξαν ότι οι δύο μικροοργανισμοί συνδέονται φυσικά μέσω νανοσωλήνων. Παράλληλα, ο αρχαιοοργανισμός παρήγαγε μικρές φυσαλίδες και σωληνοειδείς προεκτάσεις, ενώ κάθε οργανισμός παρήγαγε ουσίες χρήσιμες για τον άλλον, όπως βιταμίνες, θρεπτικά συστατικά και υδρογόνο.
Ο συν-συγγραφέας Debnath Ghosal δήλωσε ότι η άμεση καταγραφή αυτής της αλληλεπίδρασης αποτελεί σημαντικό βήμα προς την κατανόηση της εξέλιξης των πολύπλοκων κυττάρων.
Η συν-συγγραφέας Kate Mitchie εξήγησε ότι χρησιμοποιήθηκε και βαθιά μάθηση για την πρόβλεψη των δομών των πρωτεϊνών, αποκαλύπτοντας αρχαίες μορφές κυτταρικών μηχανισμών.
Μια αρχαία αλλά ζωντανή ιστορία
Ο Iain Duggin σημείωσε ότι είναι εντυπωσιακό πως τέτοιες συνεργασίες μπορεί να εξελίσσονταν για εκατομμύρια χρόνια, συμβάλλοντας τελικά στην εμφάνιση σύνθετης ζωής, συμπεριλαμβανομένου του ανθρώπου.
«Είναι σαν να έχουμε αναδυθεί αργά από τον πυθμένα της θάλασσας», είπε.
Ο νέος μικροοργανισμός ονομάστηκε Nerearchaeum marumarumayae, από τον αρχαίο θεό της θάλασσας Νηρέα και τη λέξη marumarumayae της γλώσσας Malgana, που σημαίνει «αρχαίο σπίτι».
Η ονομασία έγινε με τη συνεργασία της κοινότητας Malgana, των παραδοσιακών κατοίκων της περιοχής, αναγνωρίζοντας τη βαθιά πολιτιστική τους σύνδεση με τη γη.
Για τους επιστήμονες, αυτά τα μικροβιακά συστήματα προσφέρουν μια σπάνια ματιά στην πρώιμη Γη. Για τους τοπικούς πληθυσμούς, παραμένουν μέρος μιας ζωντανής πολιτιστικής κληρονομιάς.
Ο Burns ελπίζει να εντοπίσει περισσότερες τέτοιες συνεργασίες, επεκτείνοντας αυτό που αποκαλεί «πρωτογενή σούπα Asgard», για να ανασυνθέσει τα πρώτα στάδια της σύνθετης ζωής.
«Αλλά δεν αφορά μόνο τους οργανισμούς», λέει. «Αφορά και τους ανθρώπους. Είναι μια τεράστια συλλογική προσπάθεια. Αυτό που κάνει αυτή την ανακάλυψη συναρπαστική είναι η σύνδεση — όχι μόνο μέσα στον χρόνο, αλλά και σε μια εποχή που αυτά τα εύθραυστα οικοσυστήματα απειλούνται από την κλιματική αλλαγή και την ανθρώπινη δραστηριότητα».
Αυτοί οι μικροοργανισμοί υπενθυμίζουν ότι ακόμη και οι μικρότεροι «συνεργάτες» μπορούν να αφήσουν το βαθύτερο αποτύπωμα στην ιστορία της ζωής.
www.bankingnews.gr
Σχόλια αναγνωστών