Poznejte své dávné předky: 'Asgarďané' jsou našimi nejbližšími mikrobiálními příbuznými

VIDEO - Příroda autor: Jan Toman

Všichni živí obyvatelé naší planety sdílejí společného předka, který obýval horké vody dávné Země zhruba před čtyřmi miliardami let. Na nejhlubší úrovni potom můžeme dnešní pozemské organismy – jeho potomky – rozdělit do tří hlavních skupin. 

Průzkum Lokiho hradu

Průzkum Lokiho hradu,zdroj: UiB - Universitetet i Bergen

Dvě z nich, bakterie a archea, zahrnují jen mikroby s relativně jednoduchou buňkou. Organismy na tomto stupni vývoje dominovaly Zemi po miliardy let. Neznáme žádného z reprezentantů těchto skupin, který by vyvinul složitou mnohobuněčnost podobnou rostlinné nebo živočišné. Většina zástupců těchto skupin je jednobuněčná, případně vytváří kolonie a řetízky.

Také repertoár jejich "buněčných orgánů" je relativně prostý. A proč je rozlišujeme na dvě skupiny? Třebaže se skupina archea na první pohled od klasických bakterií moc neliší, stavba archeálních membrán, jejich bílkoviny či biochemické dráhy a samozřejmě geny jasně ukazují na to, že jde o samostatnou hlubokou linii pozemského života.

Třetí skupinou pozemských tvorů jsou eukaryota. Eukaryotické organismy, jak napovídá už jejich název, se od ostatních skupin liší přítomností buněčného jádra. Tím ovšem jejich výjimečnost nekončí. Jsou vesměs daleko větší než bakterie a archea a nalezneme v nich i mnoho váčků a membrán, buněčnou kostru a další inovace zesložiťující jejich buněčnou stavbu.

Předek dnešních eukaryot také pohltil bakterii, která se následně v jejich evoluci přeměnila na "buněčnou elektrárnu" mitochondrii. Většina eukaryot je jednobuněčná. Můžeme mezi ně zařadit prvoky, kteří nemají v blízkém příbuzenstvu žádné složité mnohobuněčné tvory, i jednobuněčné zástupce obecně známých skupin jako jsou rostliny nebo houby. V neposlední řadě potom eukaryota zahrnují i všechny složité mnohobuněčné organismy včetně živočichů.

Rajská zahrada mnohobuněčných organismů

Jednou z nejdůležitějších otázek moderní biologie zůstává přechod mezi jednoduchými organismy na úrovni bakterií či archeí a eukaryoty vyznačujícími se velkou komplexní buňkou. Šlo o revoluci srovnatelnou snad jen se samotným vznikem života nebo fotosyntézy.

Jednorozměrná, miliardy let takřka neměnná biosféra založená na bakteriálních nárostech, šlemech a koloniích se během pár set milionů let změnila na dnešní "rajskou zahradu" plnou mikrobů, prvoků a mnohobuněčných organismů všech typů. Datování této události je stejně nejasné, jako její průběh. Biologové ale postupně pronikají k jádru problému, přičemž jeden z klíčových kroků učinili v uplynulých měsících.

Vědci už nějaký čas tuší, že eukaryota jsou příbuznější spíše podivným archeím než klasickým bakteriím. Detaily jejich příbuzenského vztahu ale zůstávaly záhadou. Teprve před dvěma lety se mezinárodnímu týmu výzkumníků podařil kardinální objev. Při sběru genetického materiálu u hlubokomořského vývěru horkých vod v severním Atlantiku narazili na stopy archeí, které jsou eukaryotům neobyčejně blízké.

Tajemství Lokiho hradu

Mimo jiné se tak potvrdilo, že se eukaryota s největší pravděpodobností vyvinula z některé linie archeí a jsou vlastně vnitřní skupinou těchto mikrobů. Podle názvu hydrotermálního vývěru – Lokiho hrad – dostala název i nově objevená skupina: Lokiarcheota.

Nové poznatky ukazují, že Lokiarcheota nejsou žádnou izolovanou sotva přežívající linií archeí. Naopak, v jejich příbuzenstvu se podařilo nalézt celou řadu dalších linií, které se v některých ohledech podobají eukaryotům ještě více než první skupina pojmenovaná po severském bohu lstí, proměn a iluzí.

Badatelé se při výzkumu, jehož výsledky byly publikovány v nedávném čísle odborného časopisu Nature, vrátili zpět do Lokiho hradu, ale přidali ještě vzorky z Yellowstonského národního parku, horkých vývěrů na Novém Zélandu a japonském ostrově Taketomi, Aarhuského zálivu, podloží řeky Colorado a ústí americké řeky White Oak River.

Vyzvednutý genetický materiál přečetli s pomocí moderních molekulárně-biologických metod a se zvláštním důrazem na archea přiřadili příslušným druhům. K překvapení všech se ukázalo, že různé skupiny příbuzné lokiarcheotům se alespoň v malém množství vyskytují po celém světě.

Nově objevené linie už tradičně dostaly jména po severských božstvech: Odinarcheota a Heimdallarcheota. Spolu s o něco dříve objevenou skupinou Thorarcheota potom tvoří skupinu nazvanou po sídle severských bohů: Asgard.

Víc otázek než odpovědí

Důkladnější studium ukázalo, že všichni "asgarďané" upřednostňují bezkyslíkaté usazeniny. V detailech se ovšem liší. Zatímco Lokiarcheota nabývají celkem vysokých populačních hustot v nejrůznějších prostředích, ostatní "asgarďané" jsou velmi vzácní a zřejmě bude problém je v přírodě vůbec izolovat. Není také bez zajímavosti, že Odinarcheota jsou zřejmě vázaná výhradně na horké vývěry.  

Podle autorů studie není pochyb o tom, že všichni "asgarďané" tvoří jednotnou skupinu blízce příbuznou eukaryotům. Není ovšem jasné, jestli jsou eukaryota jejich vnitřní skupinou, nebo jen sesterskou linií. Stejně tak nasbíraná data nestačí na definitivní rozluštění příbuzenských vztahů mezi liniemi "asgarďanů".

Co je ale důležitější, "asgarďané" se mohou chlubit některými geny, které byly dosud považovány za výhradně eukaryotické. Jedná se například o geny kódující bílkoviny buněčné kostry, různých membránových systémů nebo transportu váčků – tedy všeho, čím se normálně bakterie a archea chlubit nemohou.

Další otázka je na místě – jak "asgarďané" vypadají? Bohužel nevíme. Dosud se žádného jejich zástupce nepodařilo fyzicky nalézt, natož namnožit a studovat. Otázek tedy zůstává více než odpovědí. Mají buněčnou kostru? A co membránový systém spolu s některými typicky eukaryotickými "buněčnými orgány"?

Dokáží váčky určené pro transport látek uvnitř i vně buňky jen vytvářet, nebo také sofistikovaně řídit jako eukaryota? A co z jejich stavby můžeme usuzovat o vzniku prvních eukaryotických organismů? Je jasné, že na tomto poli bude příštích pár let pořádně rušno.

Zdroj: Zaremba-Niedzwiedzka K, Caceres EF, Saw JH, ... & Stott MB (2017): Asgard archaea illuminate the origin of eukaryotic cellular complexity. Nature 541.

Tagy: biologie věda a poznání molekulární biologie mikrobiologie

Zdroje: Vlastní