Gli scienziati di Universidade di Texas in Austin, pubblicato sulla rivista Eles, hanno identificato che alcuni archaea Asgard, considerati antenati stretti degli eucarioti, hanno percorsi metabolici che utilizzano l’ossigeno, anche vivendo in ambienti con ossigeno presente. L’abilità Essa risolve il paradosso di come un ospite anaerobico possa unirsi con un batterio aerobico che diventa i mitocondri.
La ricerca ha ampliato drasticamente le conoscenze sulla diversità genetica degli archei Asgard. Il team ha recuperato centinaia di nuovi genomi dal DNA ambientale raccolto nei sedimenti marini e nella colonna d’acqua. I dati Esses hanno mostrato che i lignaggi più vicini agli eucarioti, come Heimdallarchaeia, codificano proteine per la respirazione aerobica e la protezione contro il danno ossidativo.
L’analisi comparativa delle strutture proteiche, effettuata con l’aiuto dell’intelligenza artificiale, ha confermato le somiglianze tra le proteine di questi archaea e quelle delle moderne cellule eucariotiche. I risultati indicano che l’antenato comune sfruttava l’ossigeno già prima della fusione simbiotica. L’adattamento Essa ha offerto vantaggi energetici che hanno consentito lo sviluppo di strutture cellulari complesse.
Espansione della diversità genetica conosciuta
Il team ha raccolto più di 13.000 nuovi genomi microbici da campioni provenienti da spedizioni oceaniche. L’elaborazione ha coinvolto circa 15 terabyte di sequenziamento del DNA ambientale.
I ricercatori hanno identificato 136 genomi aggiuntivi da Heimdallarchaeia. L’espansione Essa ha quasi raddoppiato il catalogo genetico del gruppo Asgardarchaeota.
Le analisi filogenetiche hanno posizionato Heimdallarchaeia come il ramo più vicino agli eucarioti. Elas hanno un numero maggiore di geni legati al metabolismo aerobico.
Gli ambienti ossigenati predominano nei lignaggi vicini
L’Heimdallarchaeia si trova frequentemente nei sedimenti costieri poco profondi e nella colonna d’acqua oceanica. Gli habitat Esses hanno ossigeno disciolto a vari livelli.
La maggior parte degli altri archaea vivono nelle parti profonde e anossiche dell’oceano. La distribuzione differenziale suggerisce un adattamento evolutivo all’aumento dell’ossigeno nell’atmosfera primordiale.
Vantaggi metabolici dell’ossigeno
L’uso dell’ossigeno nella respirazione cellulare genera molto più ATP rispetto ai processi anaerobici. L’efficienza energetica di Essa è stata cruciale per la transizione verso la complessità cellulare.
Le proteine identificate in Heimdallarchaeia includono componenti di complessi della catena di trasporto degli elettroni. Elas assomigliano a quelli che si trovano nei mitocondri eucariotici.
La presenza di enzimi per la biosintesi dell’eme e la disintossicazione delle specie reattive dell’ossigeno rafforza la capacità aerobica ancestrale. I meccanismi Esses hanno protetto le celle durante Grande Evento da Oxidação.
Simbiosi tra Asgard e alfaproteobatteri
Il modello attuale descrive l’origine eucariotica come il risultato dell’endosimbiosi tra un archaea Asgard e un alfaproteobatterio. I batteri si sono evoluti nei mitocondri, consentendo una produzione efficiente di energia.
La scoperta indica che l’ospite Asgard aveva già percorsi aerobici parziali. Il preadattamento di Essa ha facilitato l’integrazione e il controllo del simbionte.
Contesto temporale dell’emergenza eucariotica
L’Grande Evento di Oxidação ha innalzato i livelli di ossigeno atmosferico circa 2,4 miliardi di anni fa. Gli eucarioti Microfósseis compaiono nella documentazione fossile poco dopo questo aumento.
La coincidenza temporale supporta l’ipotesi che l’ossigeno abbia guidato l’evoluzione della complessità. Gli archaea Asgard adattati all’ossigeno si inseriscono in questo scenario evolutivo.
Utilizzo di AlphaFold per l’analisi delle proteine
Lo strumento AlphaFold2 ha previsto le strutture tridimensionali delle proteine Heimdallarchaeia. I confronti hanno rivelato un’elevata somiglianza con le proteine eucariotiche del metabolismo ossidativo.
Componenti come le subunità Complexo I e le idrogenasi di membrana hanno mostrato configurazioni conservate. Le strutture Essas aumentano l’efficienza nella generazione della forza motrice protonica.
Lo studio ha incluso collaborazioni internazionali e il sostegno di fondazioni scientifiche. I risultati ampliano la comprensione della transizione procariota-eucariota.
- Heimdallarchaeia codifica la biosintesi dell’eme
- Ha meccanismi di difesa contro i ROS
- Presenta complessi simili ai mitocondri III e IV
- Si verifica preferenzialmente in nicchie ossigenate
