قدم التصوير المقطعي بالتبريد الإلكتروني نظرة ثاقبة على التركيب الخلوي لنموذج أسكارد المستزرع حديثًا الموضح هنا. وتجدر الإشارة إلى خيوط الهيكل الخلوي الأكتينية الواسعة في أجسام الخلايا ونتوءات الخلايا (البرتقالية) ، بالإضافة إلى غلاف الخلية المميز (الأزرق). الائتمان: © Margot Riggi ، The Animation Lab ، جامعة يوتا
باحثون في جامعة فيينا و ETH Zurich يزرعون ميكروبات “الحلقة المفقودة”.
ما الذي أدى إلى ظهور الكائنات الحية المعقدة على الأرض؟ هذا سؤال مهم بدون إجابة في علم الأحياء. باحثون من مجموعة Krista Schlepper جامعة فيينا ومجموعة مارتن بيلهوفر ETH زيورخ لقد اتخذوا خطوة لحلها. نجح العلماء في زراعة قطعة أثرية خاصة واستخدام الأساليب المجهرية لتصنيفها بشكل أكثر دقة.
يُظهر هذا العضو من عتائق Asgard خصائص خلوية فريدة وقد يمثل “رابطًا مفقودًا” تطوريًا لأشكال الحياة الأكثر تعقيدًا مثل الحيوانات والنباتات. نُشرت الدراسة مؤخرًا في المجلة طبيعة سجية.
تنقسم جميع الكائنات الحية على الأرض إلى ثلاثة مجالات رئيسية: حقيقيات النوى ، والبكتيريا ، والعتائق. تشمل حقيقيات النوى مجموعات من الحيوانات والنباتات والفطريات. عادة ما تكون خلاياها أكبر بكثير وأكثر تعقيدًا للوهلة الأولى من خلايا البكتيريا والعتائق. على سبيل المثال ، يتم تغليف المادة الوراثية لحقيقيات النوى في نواة الخلية وتحتوي الخلايا على عدد كبير من الأجزاء الأخرى. يعتمد شكل الخلية والنقل داخل خلية حقيقية النواة على هيكل خلوي متطور. ولكن كيف حدثت القفزة التطورية لمثل هذه الخلايا حقيقية النواة المعقدة؟
تقول إحدى أكثر نظريات التطور شيوعًا في الوقت الحالي أن حقيقيات النوى (بما في ذلك الحيوانات والنباتات والفطريات) نشأت من اندماج أركيون أسكوربات مع بكتيريا. مصدر الصورة: Florian Wallweber، ETH Zurich
تفترض معظم النماذج الحالية أن العتائق والبكتيريا لعبت دورًا مهمًا في تطور حقيقيات النوى. يُعتقد أن الخلية البدائية حقيقية النواة قد تطورت من تكافل وثيق بين العتائق والبكتيريا منذ حوالي ملياري سنة. في عام 2015 ، اكتشفت الدراسات الجينية لعينات النظام البيئي في أعماق البحار مجموعة تسمى Asgard Archaea ، والتي تمثل أقرب أقرباء حقيقيات النوى على شجرة الحياة. تم نشر الصور الأولى لخلايا أسكارد في عام 2020 من قبل مجموعة يابانية من ثقافات تخصيب.
يتم استزراع عتائق Asgard من الرواسب البحرية
نجحت الآن مجموعة عمل Christa Schlepper في جامعة فيينا لأول مرة في تنمية ممثل لهذه المجموعة بتركيزات عالية. يأتي من الرواسب البحرية قبالة سواحل بران ، سلوفينيا ، ولكنه مقيم في فيينا ، على سبيل المثال في رواسب شاطئ نهر الدانوب. نظرًا لنموها إلى كثافة الخلايا العالية ، يمكن دراسة هذا الممثل جيدًا بشكل خاص. يقول تياجو رودريغيز-أوليفيرا ، باحث ما بعد الدكتوراة في مجموعة عمل Archaea في جامعة فيينا وأحد مؤلفي الدراسة الأوائل: “إن الحصول على هذا الكائن الحي شديد الحساسية في مزرعة مستقرة في المختبر أمر صعب ومرهق للغاية”.
قام المؤلف المشارك الأول رافائيل بونس بأخذ عينات من الرواسب البحرية في قناة سيكا في بران ، سلوفينيا. الائتمان: © Thiago Rodrigues-Oliveira ، Univ. وين
عتائق Asgard لها شكل خلية معقد بهيكل خلوي متقن
إن النجاح الملحوظ الذي حققه فريق فيينا في زراعة ممثل أسكارد عالي التركيز سمح أخيرًا بدراسة الخلايا بمزيد من التفصيل تحت المجهر. استخدم باحثو ETH في مجموعة Martin Bilhofer أحدث مجهر إلكتروني بالتبريد لالتقاط صور لخلايا مجمدة بالصدمات. يوضح بيلهوفر: “تتيح هذه الطريقة رؤية ثلاثية الأبعاد في الهياكل الخلوية الداخلية”.
مسح صورة مجهرية إلكترونية لخلية عظمية Loghiarchaeum تُظهر نتوءات خلوية طويلة ومعقدة. الائتمان: © Thiago Rodrigues-Oliveira ، Univ. وين
يقول فلوريان وولويبر ، الذي قضى شهورًا في مراقبة الخلايا تحت المجهر: “تحتوي الخلايا على أجسام خلوية مستديرة ذات امتدادات خلايا رفيعة وطويلة جدًا في بعض الأحيان. تظهر هذه الهياكل التي تشبه اللوامس أحيانًا لتوصيل أجسام خلوية مختلفة معًا”. تحتوي الخلايا أيضًا على شبكة واسعة من خيوط الأكتين التي تعتبر فريدة من نوعها للخلايا حقيقية النواة. يشير هذا إلى أن الهياكل الهيكلية الخلوية المتقنة نشأت في العتائق قبل ظهور أول حقيقيات النوى وتغذي النظريات التطورية المحيطة بهذا الحدث المهم والمثير في تاريخ الحياة.
رؤى مستقبلية من خلال كائن نموذجي جديد
علق عالم الأحياء المجهرية كريستا شليبر: “كائننا الجديد ، المسمى Logiarcium osiferum ، لديه إمكانات كبيرة لتوفير مزيد من الأفكار المثيرة حول التطور المبكر لحقيقيات النوى”. “لقد استغرق الأمر ست سنوات طويلة للحصول على ثقافة مستقرة وعالية التركيز ، ولكن يمكننا الآن استخدام هذه التجربة للعديد من الدراسات البيوكيميائية ولتنمية عتائق Asgard الأخرى أيضًا.” بالإضافة إلى ذلك ، يمكن للعلماء الآن استخدام طرق التصوير الجديدة التي تم تطويرها في ETH للتحقيق ، على سبيل المثال ، في التفاعلات الوثيقة بين عتائق الأسكوربات وشركائها من البكتيريا. في المستقبل ، يمكن أيضًا دراسة العمليات البيولوجية الأساسية مثل انقسام الخلايا لإلقاء الضوء على الأصول التطورية لهذه الآليات في حقيقيات النوى.
المرجع: Thiago Rodriguez-Oliveira، Florian Wallweber، Rafael I. بونس توليدو ، جينغوي شو ، سيمون ك.-إم آر ريتمان ، أندرياس كلينجهول ، مارتن شليبر ، مارتن شليبر ، مارتن 21 ديسمبر 2022 ، طبيعة سجية.
DOI: 10.1038 / s41586-022-05550-y