Forskere ved University of Texas at Austin mener de har løst nøkkelspørsmålet om hvordan komplekst liv kunne oppstå på jorden. I en studie publisert i Nature denne uken viser de at forfedrene til eukaryoter ikke bare tålte, men også brukte oksygen. Funnet gir et nytt og presist svar på et mysterium som har plaget biologien i tiår.
Kjernen i funnet
Komplekse livsformer – planter, dyr, sopp og alle organismer med celleorganeller – oppsto da to ulike mikrober gikk inn i et symbiotisk samarbeid. Men hvordan kunne de møtes når den ene trengte oksygen, mens den andre skal ha levd uten det?
Svaret ligger i en spesiell gruppe mikrober kalt Asgard-arkeer, nære slektninger av forfedrene til alt komplekst liv. Ved å analysere over 13 000 nye mikrobielle genomer fra marine sedimenter fant forskerne at flere eldgamle Asgard-arkeer kunne bruke eller tåle oksygen.
En gruppe mikrober som regnes som nære slektninger til forfedrene til eukaryoter. De fleste finnes i dag i miljøer uten oksygen, men de som er nærmest eukaryoter lever i oksygenrike soner som grunt kystbunnsediment og i vannsøylen, og har metabolske veier som bruker oksygen.
Heimdallarchaeia peker ut retningen
Særlig Heimdallarchaeia – svært nært beslektet med komplekse organismer – skiller seg ut. Disse mikrobene har proteiner spesialisert for aerob (oksygenbasert) liv:
- Komponenter i elektrontransportkjeden
- Systemer for å produsere hem (del av hemoglobin)
- Mekanismer som nøytraliserer skadelige oksygenradikaler
«De fleste Asgard-arkeene som lever i dag finnes i miljøer uten oksygen. Men det viser seg at de som er nærmest beslektet med eukaryoter lever i områder med oksygen … og de har mange metabolske veier som bruker oksygen,» sier prosjektleder Brett Baker.
AI bekrefter proteinsporene
For å teste funnene brukte teamet avansert kunstig intelligens. Med AlphaFold2, som forutsier tredimensjonale proteinstrukturer, fant forskerne at flere Heimdallarchaeia-proteiner ligner slående på proteiner som moderne eukaryote celler benytter til oksygenbasert og energieffektiv metabolisme.
Passer med jordens tidlige atmosfære
Resultatene harmonerer med geologiske og paleontologiske data. For mer enn 1,7 milliarder år siden var atmosfærens oksygennivå svært lavt. Deretter kom Den store oksygeneringshendelsen, hvor oksygenkonsentrasjonen steg dramatisk. Innen noen hundre tusen år etter dette dukker de første kjente mikrofossilene av eukaryoter opp i bergarter.
- Periode der oksygenet i atmosfæren økte dramatisk
- Knytter seg til at de første eukaryote mikrofossilene raskt dukker opp
«Oksygen dukket opp i miljøet, og Asgard-arkeene tilpasset seg det. De fant en energetisk fordel ved å bruke oksygen, og deretter utviklet de seg til eukaryoter,» sier Baker.
Slik ble komplekse celler til
Ifølge den rådende teorien oppsto eukaryoter da en Asgard-arkeum gikk inn i et symbiotisk forhold med en alfaproteobakterie. Over tid ble de to organismene integrert til én celle. Alfaproteobakterien utviklet seg til mitokondrier – cellenes kraftverk i alle eukaryoter i dag.
Gigantisk sekvenseringsløft
Studien bygger på en omfattende operasjon som startet i 2019, med prøver fra flere marine ekspedisjoner. Teamet analyserte rundt 15 terabyte miljø-DNA og gjenopprettet flere hundre nye Asgard-genom – nær en dobling av den kjente genomiske diversiteten i gruppen.
- Avslørte tidligere ukjente proteingrupper
- Fordoblet antallet kjente enzymatiske klasser i disse mikrobene
«Disse Asgard-arkeene blir ofte oversett ved lavoppløselig sekvensering. Den massive sekvenseringsoperasjonen og kombinasjonen av sekvens- og strukturmetoder gjorde det mulig for oss å se mønstre som ikke var synlige før denne genomiske ekspansjonen,» sier medforfatter Kathryn Appler ved Institut Pasteur i Paris.
Hvorfor det betyr noe
Funnene styrker teorien om at komplekst liv utviklet seg i oksygenrike miljøer. De gir samtidig ny innsikt i hvordan oksygenmetabolisme oppsto og ble videreført til dagens komplekse organismer.
- Løser et mangeårig mysterium om eukaryotenes opprinnelse
- Knytter Asgard-arkeer tettere til overgangen mot komplekst liv
- Viser verdien av å kombinere storskala sekvensering og AI
Kilder: University of Texas at Austin, Nature, ScienceDaily, Phys.org
Konklusjon: Ved å vise at nære forfedre til eukaryoter kunne tåle og utnytte oksygen, bringer denne Nature-studien oss et stort steg nærmere svaret på hvordan livet gikk fra enkelt til komplekst. Neste skritt blir å detaljere hvilke oksygenveier som først oppsto – og hvordan de ble integrert i cellens maskineri.
Kommentarer
0 kommentarer
Vi godtar kun kommentarer fra registrerte brukere. Dette gjør vi for å opprettholde en trygg og respektfull debatt, samt for å unngå spam og misbruk. Registrering er gratis og tar bare noen sekunder.
Du må være innlogget for å kommentere. Logg inn eller registrer deg for å delta i diskusjonen.