Επιστήμονες από το Universidade του Texas στο Austin που δημοσιεύτηκε στο περιοδικό Eles εντόπισαν ότι ορισμένες αρχαίες Asgard, που θεωρούνται στενοί πρόγονοι των ευκαρυωτών, έχουν μεταβολικές οδούς που χρησιμοποιούν οξυγόνο σε περιβάλλοντα, ακόμη και σε ζωντανά βόδια. Η ικανότητα Essa επιλύει το παράδοξο του πώς ένας αναερόβιος ξενιστής θα μπορούσε να ενωθεί με ένα αερόβιο βακτήριο που έγινε τα μιτοχόνδρια.
Η έρευνα διεύρυνε δραστικά τη γνώση σχετικά με τη γενετική ποικιλότητα των αρχαίων Asgard. Η ομάδα ανακάλυψε εκατοντάδες νέα γονιδιώματα από περιβαλλοντικό DNA που συλλέγεται σε θαλάσσια ιζήματα και στη στήλη του νερού. Τα δεδομένα Esses έδειξαν ότι οι γενεές πιο κοντά στους ευκαρυώτες, όπως το Heimdallarchaeia, κωδικοποιούν πρωτεΐνες για αερόβια αναπνοή και προστασία από οξειδωτική βλάβη.
Η συγκριτική ανάλυση των πρωτεϊνικών δομών, που πραγματοποιήθηκε με τη βοήθεια της τεχνητής νοημοσύνης, επιβεβαίωσε ομοιότητες μεταξύ των πρωτεϊνών από αυτά τα αρχαία και εκείνων από τα σύγχρονα ευκαρυωτικά κύτταρα. Τα αποτελέσματα δείχνουν ότι ο κοινός πρόγονος εκμεταλλευόταν ήδη το οξυγόνο πριν από τη συμβιωτική σύντηξη. Η προσαρμογή Essa προσέφερε ενεργειακά πλεονεκτήματα που επέτρεψαν την ανάπτυξη πολύπλοκων κυτταρικών δομών.
Διεύρυνση της γνωστής γενετικής ποικιλότητας
Η ομάδα συγκέντρωσε περισσότερα από 13.000 νέα μικροβιακά γονιδιώματα από δείγματα από αποστολές στον ωκεανό. Η επεξεργασία περιελάμβανε περίπου 15 terabytes περιβαλλοντικής αλληλουχίας DNA.
Οι ερευνητές εντόπισαν 136 επιπλέον γονιδιώματα από το Heimdallarchaeia. Η επέκταση Essa σχεδόν διπλασίασε τον γενετικό κατάλογο της ομάδας Asgardarchaeota.
Οι φυλογενετικές αναλύσεις έχουν τοποθετήσει το Heimdallarchaeia ως τον πλησιέστερο κλάδο στους ευκαρυώτες. Τα Elas έχουν μεγαλύτερο αριθμό γονιδίων που σχετίζονται με τον αερόβιο μεταβολισμό.
Τα οξυγονωμένα περιβάλλοντα κυριαρχούν σε στενές γενεές
Η Heimdallarchaeia εμφανίζεται συχνά σε αβαθή παράκτια ιζήματα και στη στήλη του ωκεάνιου νερού. Οι βιότοποι Esses έχουν διαλυμένο οξυγόνο σε διάφορα επίπεδα.
Τα περισσότερα άλλα αρχαία ζουν σε βαθιά, ανοξικά μέρη του ωκεανού. Η διαφορική κατανομή υποδηλώνει εξελικτική προσαρμογή στην αύξηση του οξυγόνου στην πρώιμη ατμόσφαιρα.
Μεταβολικά πλεονεκτήματα του οξυγόνου
Η χρήση οξυγόνου στην κυτταρική αναπνοή παράγει πολύ περισσότερο ATP από τις αναερόβιες διεργασίες. Η ενεργειακή απόδοση Essa ήταν ζωτικής σημασίας για τη μετάβαση στην πολυπλοκότητα των κυττάρων.
Οι πρωτεΐνες που προσδιορίζονται στο Heimdallarchaeia περιλαμβάνουν συστατικά συμπλοκών αλυσίδας μεταφοράς ηλεκτρονίων. Το Elas μοιάζει με αυτά που βρίσκονται στα ευκαρυωτικά μιτοχόνδρια.
Η παρουσία ενζύμων για τη βιοσύνθεση της αίμης και την αποτοξίνωση των ενεργών ειδών οξυγόνου ενισχύει την προγονική αερόβια ικανότητα. Ο μηχανισμός Esses προστατεύει τα κύτταρα κατά τη διάρκεια του Grande Evento από το Oxidação.
Συμβίωση μεταξύ Asgard και αλφαπρωτεοβακτηρίων
Το τρέχον μοντέλο περιγράφει την ευκαρυωτική προέλευση ως το αποτέλεσμα της ενδοσυμβίωσης μεταξύ ενός αρχαίου Asgard και ενός αλφαπρωτεοβακτηρίου. Τα βακτήρια εξελίχθηκαν σε μιτοχόνδρια, επιτρέποντας την αποτελεσματική παραγωγή ενέργειας.
Η ανακάλυψη δείχνει ότι ο ξενιστής Asgard είχε ήδη μερικές αερόβιες οδούς. Η προ-προσαρμογή Essa διευκόλυνε την ενσωμάτωση και τον έλεγχο του συμβιώματος.
Χρονικό πλαίσιο ευκαρυωτικής εμφάνισης
Το Grande Evento του Oxidação αύξησε τα επίπεδα οξυγόνου της ατμόσφαιρας περίπου 2,4 δισεκατομμύρια χρόνια πριν. Οι ευκαρυώτες Microfósseis εμφανίζονται στο αρχείο απολιθωμάτων λίγο μετά την αύξηση αυτή.
Η χρονική σύμπτωση υποστηρίζει την υπόθεση ότι το οξυγόνο οδήγησε την εξέλιξη της πολυπλοκότητας. Asgard αρχαία προσαρμοσμένα στο οξυγόνο ταιριάζουν σε αυτό το εξελικτικό σενάριο.
Χρήση του AlphaFold για την ανάλυση πρωτεϊνών
Το εργαλείο AlphaFold2 προέβλεψε τρισδιάστατες δομές των πρωτεϊνών Heimdallarchaeia. Οι συγκρίσεις αποκάλυψαν υψηλή ομοιότητα με τις ευκαρυωτικές πρωτεΐνες του οξειδωτικού μεταβολισμού.
Συστατικά όπως οι υπομονάδες Complexo I και οι μεμβρανικές υδρογονάσες έδειξαν διατηρημένες διαμορφώσεις. Οι δομές Essas αυξάνουν την αποτελεσματικότητα στη δημιουργία κινητήριας δύναμης πρωτονίων.
Η μελέτη περιελάμβανε διεθνείς συνεργασίες και υποστήριξη από επιστημονικά ιδρύματα. Τα ευρήματα διευρύνουν την κατανόηση της μετάβασης προκαρυωτικού-ευκαρυωτικού.
- Η Heimdallarchaeia κωδικοποιεί τη βιοσύνθεση της αίμης
- Διαθέτει αμυντικούς μηχανισμούς έναντι ROS
- Παρουσιάζει σύμπλοκα παρόμοια με τα μιτοχονδριακά III και IV
- Εμφανίζεται κατά προτίμηση σε οξυγονωμένες κόγχες
