Czas e-biznesu

Wszystkie najświeższe informacje o Polsce z Czasu e Biznesu.

„Brakujące ogniwo” – badacze rzucają światło na pochodzenie złożonych form życia

„Brakujące ogniwo” – badacze rzucają światło na pochodzenie złożonych form życia

Tomografia krioelektronowa dostarczyła wglądu w cytoszkielet świeżo wyhodowanych Asgardów pokazanych tutaj. Godne uwagi są szerokie (pomarańczowe) włókna cytoszkieletu aktyny w ciałach komórek i wypukłościach komórek, a także unikalna otoczka komórkowa (niebieska). Źródło: © Margot Riggi, Laboratorium Animacji, Uniwersytet Utah

Naukowcy z Uniwersytetu Wiedeńskiego i ETH Zurich hodują mikroorganizm „brakującego ogniwa”.

Co doprowadziło do pojawienia się złożonych organizmów na Ziemi? Jest to ważne pytanie bez odpowiedzi w biologii. Badacze z zespołu Christy Schleper pod adresem Uniwersytet Wiedeński I zespół Martina Pilhofera ETH Zurych Zrobiłem krok w kierunku jego rozwiązania. Naukowcom udało się wyhodować określony ślad i dokładniej go scharakteryzować za pomocą metod mikroskopowych.

Ten członek archeonów Asgardu wykazuje unikalne cechy komórkowe i może stanowić ewolucyjne „brakujące ogniwo” do bardziej złożonych form życia, takich jak zwierzęta i rośliny. Badanie zostało niedawno opublikowane w czasopiśmie Natura.

Wszystkie formy życia na Ziemi dzielą się na trzy główne domeny: eukarionty, bakterie i archeony. Eukarionty obejmują grupy zwierząt, roślin i grzybów. Ich komórki na pierwszy rzut oka są zwykle znacznie większe i bardziej złożone niż komórki bakterii i archeonów. Na przykład materiał genetyczny eukariontów jest zamknięty w jądrze komórkowym, a komórki zawierają również dużą liczbę innych części. Kształt komórki i transport w komórce eukariotycznej zależą również od rozległego cytoszkieletu. Ale jak doszło do skoku ewolucyjnego dla tak złożonych komórek eukariotycznych?

Fuzja Archon Asgard z bakteriami

Jedna z najpopularniejszych obecnie teorii ewolucyjnych zakłada, że ​​eukarionty (w tym zwierzęta, rośliny i grzyby) powstały z fuzji Archonta, Asgarda i bakterii. Źródło obrazu: Florian Wollweber, ETH Zurych

Większość obecnych modeli zakłada, że ​​archeony i bakterie odegrały główną rolę w ewolucji eukariontów. Uważa się, że prokariotyczna komórka eukariotyczna wyewoluowała z bliskiej symbiozy archeonów i bakterii około 2 miliardów lat temu. W 2015 roku badania genomiczne próbek środowiska głębinowego odkryły grupę tzw. archeonów z Asgardu, które na drzewie życia reprezentują najbliższych krewnych eukariontów. Pierwsze zdjęcia komórek Asgard z kultur wzbogacających zostały opublikowane w 2020 roku przez japońską grupę.

Archeony Asgardu wyhodowane z osadów morskich

Grupie roboczej Christy Schleper na Uniwersytecie Wiedeńskim udało się teraz po raz pierwszy stworzyć przedstawiciela tej grupy w jeszcze większym stężeniu. Pochodzi z osadów morskich na wybrzeżu Piranu w Słowenii, ale pochodzi również z Wiednia, na przykład z osadów brzegowych Dunaju. Gdy rosną do dużej gęstości komórek, tego przedstawiciela można badać szczególnie dobrze. „Umieszczenie tego wysoce podatnego organizmu w stabilnej hodowli w laboratorium było bardzo trudne i stresujące” – mówi Tiago Rodriguez-Oliveira, badacz ze stopniem doktora w grupie roboczej Archaea na Uniwersytecie Wiedeńskim i jeden z pierwszych autorów badania .

Rafał Pons

Pierwszy współautor, Rafael Ponce, pobrał próbki osadów morskich w kanale Seca w Piran w Słowenii. Źródło: © Thiago Rodrigues-Oliveira, Uniwersytet im. Wiedeń

Archeony Asgard mają złożony kształt komórek z rozbudowanym cytoszkieletem

Niezwykły sukces grupy wiedeńskiej w hodowli wysoce wzbogaconego przedstawiciela Asgardu pozwolił w końcu na dokładniejsze zbadanie komórek pod mikroskopem. Badacze ETH z grupy Martina Pilhofera wykorzystali najnowocześniejszy mikroskop krioelektronowy do robienia zdjęć zamrożonych szokowo komórek. „Ta metoda umożliwia trójwymiarowy widok wewnętrznych struktur komórkowych” – wyjaśnia Pilhofer.

Skaningowa mikrografia elektronowa Lokiarchaeum ossiferum

Skaningowa mikrografia elektronowa komórki Lokiarchaeum ossiferum przedstawiająca długie, złożone wypukłości komórek. Źródło: © Thiago Rodrigues-Oliveira, Uniwersytet im. Wiedeń

Komórki składają się z okrągłych ciał komórek z cienkimi, a czasem bardzo długimi wypustkami. „Wydaje się, że czasami te przypominające macki struktury łączą ze sobą różne ciała komórek” – mówi Florian Wollweber, który spędził miesiące śledząc komórki pod mikroskopem. Komórki zawierają również rozległą sieć włókien aktynowych, która jest uważana za unikalną dla komórek eukariotycznych. Wskazuje to, że rozległe struktury cytoszkieletu powstały u archeonów przed pojawieniem się pierwszych eukariotów i stanowi podstawę teorii ewolucyjnych dotyczących tego ważnego i fascynującego wydarzenia w historii życia.

Przyszłe spostrzeżenia dzięki nowemu organizmowi modelowemu

„Nasz nowy organizm, zwany Lokiarchaeum ossiferum, ma ogromny potencjał, by dostarczyć dalszych przełomowych informacji na temat wczesnej ewolucji eukariontów” – skomentowała mikrobiolog Krista Schlipper. „Otrzymanie stabilnej, wysoce wzbogaconej kultury zajęło sześć długich lat, ale teraz możemy wykorzystać ten eksperyment do przeprowadzenia wielu badań biochemicznych i wyhodowania również innych archeonów z Asgardu”. Ponadto naukowcy mogą teraz korzystać z nowych metod obrazowania opracowanych w ETH, aby badać na przykład bliskie interakcje między archeonami z Asgardu a ich bakteryjnymi partnerami. W przyszłości można również badać podstawowe procesy biologiczne komórki, takie jak podział komórki, aby rzucić światło na ewolucyjne pochodzenie tych mechanizmów u eukariontów.

Odniesienie: „Cytoszkielet aktyny i złożona cytoarchitektura w Archon Asgard” Tiago Rodriguez-Oliviera, Florian Wollweber, Rafael I. Ponce Toledo, Jingwei Zhou, Simon K.-MR Reitmann, Andreas Klingel, Martin Bielhofer i Krista Schlieber, 21 grudnia 2022 r. , Dostępny tutaj. Natura.
DOI: 10.1038/s41586-022-05550-y

READ  Sky is the limit, gdy wiodąca firma zajmująca się technologiami kosmicznymi Glasgow ogłasza nominacje na kierownictwo