Ang tradisyunal na pagpapangkat ng mga anyo ng buhay sa mga prokaryote at eukaryotes ay binago noong 1977 nang ang rRNA sequence characterization ay nagsiwalat na ang archaea (tinatawag noon na 'archaebacteria') ay ''may malayong kaugnayan sa bacteria gaya ng bacteria sa eukaryotes.'' Nangangailangan ito ng pagpapangkat ng mga buhay na organismo. sa eubacteria (binubuo ang lahat ng tipikal na bakterya), archaea, at eukaryotes. Ang tanong ng pinagmulan ng mga eukaryote ay nanatili. Sa takdang panahon, ang mga ebidensya ay nagsimulang bumuo ng pabor sa archaeal ancestry ng mga eukaryotes. Ang partikular na interes ay ang paghahanap na ang Asgard archaea ay may ilang daang mga eukaryotic signature proteins (ESPs) na mga gene sa kanilang genome. Ang mga ESP ay may mahalagang papel sa pagbuo ng cytoskeleton at kumplikadong mga istruktura ng cellular na katangian ng mga eukaryotes. Sa isang pambihirang pag-aaral na inilathala noong 21 Disyembre 2022, naiulat ng mga mananaliksik ang matagumpay na paglilinang ng isang pinayamang kultura ng mailap na Asgard archaea na kanilang nakunan gamit ang cryo-electron tomography. Napagmasdan nila ang mga cell ng Asgard na mayroon talagang kumplikadong cytoskeleton na nakabatay sa actin. Ito ang unang direktang visual na ebidensya ng archaeal ancestry ng mga eukaryotes, isang makabuluhang hakbang sa pag-unawa sa pinagmulan ng eukaryotes.
Hanggang 1977, ang mga anyo ng buhay sa Earth ay pinagsama-sama sa eukaryotes (mga kumplikadong anyo na nailalarawan sa pamamagitan ng pagsasama ng mga genetic na materyales ng cell sa isang mahusay na tinukoy na nucleus at ang pagkakaroon ng cytoskeleton) at prokaryotes (mas simpleng mga anyo ng buhay na may genetic na materyal sa cytoplasm na walang tinukoy na nucleaus, kabilang ang bakterya at archaebacteria). Ito ay naisip na cellular eukaryotes umunlad mga 2 bilyong taon na ang nakalilipas, marahil mula sa mga prokaryote. Ngunit, paano nga ba nagmula ang mga eukaryote? Paano ang mga kumplikadong cellular life form, konektado sa mas simpleng cellular life forms? Ito ay isang malaking bukas na tanong sa biology.
Ang mga teknolohikal na pag-unlad sa molecular biology ng gene at protina ay nakatulong sa pagtalakay sa ubod ng isyu nang, noong 1977, ang archaea (tinatawag noon na 'archaebacteria') ay natagpuan na ''kasing layo ng kaugnayan sa bacteria tulad ng bacteria eukaryotes. '' Ang naunang pagkakaiba ng mga anyo ng buhay sa mga prokaryote at eukaryote ay batay sa mga phenotypical na pagkakaiba sa antas ng mga organelle ng cell. Ang relasyong phylogenetic ay dapat, sa halip, ay nakabatay sa isang malawak na ipinamamahaging molekula. Ang Ribosomal RNA (rRNA) ay isa sa mga biomolecule na naroroon sa lahat ng self-replicating system at ang mga sequence ay nagbabago nang kaunti sa paglipas ng panahon. Ang pagsusuri batay sa pagkakasunud-sunod ng rRNA ay nangangailangan ng pagpapangkat ng mga buhay na organismo sa eubacteria (binubuo ang lahat ng karaniwang bakterya), archaea, at mga eukaryote1.
Kasunod nito, ang mga ebidensya ng mas malapit na relasyon sa pagitan ng archaea at eukaryotes ay nagsisimulang umusbong. Noong 1983, natagpuan na ang DNA-dependent RNA polymerases ng archaea at eukaryotes pareho ang uri; parehong nagpapakita ng kapansin-pansing katulad na mga katangian ng immunochemical at pareho ay nagmula sa isang karaniwang istraktura ng ninuno2. Batay sa isang inferred composite phylogenetic tree ng isang pares ng protina, isa pang pag-aaral na inilathala noong 1989, ay nagsiwalat ng mas malapit na kaugnayan ng archaea sa eukaryotes kaysa sa eubacteria3. Sa panahong ito, ang archaeal na pinagmulan ng eukaryotes ay itinatag ngunit ang eksaktong archaeal species ay nanatiling nakikilala at pinag-aralan.
Paglago sa genomic studies kasunod ng tagumpay sa proyekto ng genome, nagbigay ng isang kailangang-kailangan na fillip sa lugar na ito. Sa pagitan ng 2015-2020, natuklasan ng ilang pag-aaral na ang Asgard archaea nagdadala ng eukaryote specific genes. Ang kanilang mga genome ay pinayaman para sa mga protina na itinuturing na tiyak sa mga eukaryotes. Malinaw na tinukoy ng mga pag-aaral na ito ang Asgard archaea na may pinakamalapit na genetic proximity sa eukaryote dahil sa pagkakaroon ng daan-daang eukaryotic signature proteins (ESPs) na mga gene sa kanilang genome.
Ang susunod na hakbang ay upang pisikal na mailarawan ang panloob na istraktura ng cellar ng Asgard archaea upang kumpirmahin ang papel ng mga ESP bilang malawak na pinanghahawakan na ang mga ESP ay gumaganap ng pangunahing papel sa pagbuo ng mga kumplikadong istruktura ng cellular. Para dito, kinailangan ang napakayamang kultura ng archaea na ito ngunit kilala si Asgard na mailap at misteryoso. nagdudulot ng kahirapan sa paglilinang sa sapat na dami upang pag-aralan ang mga ito sa isang laboratoryo. Ayon sa isang pag-aaral na iniulat kamakailan noong 21 Disyembre 2022, ang kahirapan na ito ay nalampasan na ngayon.
Ang mga mananaliksik ay, pagkatapos ng anim na taon ng pagsusumikap, mga improvised na pamamaraan at matagumpay na nilinang sa laboratoryo, isang lubos na pinayaman na kultura ng 'Candidatus Lokiarchaeum ossiferum', isang miyembro ng Asgard phylum. Ito ay isang kahanga-hangang tagumpay, dahil ito ay nagbigay-daan sa mga mananaliksik na mailarawan at pag-aralan ang mga panloob na istruktura ng cellular ng Asgard.
Ang cryo-electron tomography ay ginamit upang ilarawan ang kultura ng pagpapayaman. Ang mga selula ng Asgard ay may mga katawan ng coccoid cell at isang network ng mga branched protrusions. Ang istraktura ng ibabaw ng cell ay kumplikado. Ang cytoskeleton ay pinalawak sa buong katawan ng cell. Ang twisted double-stranded filament ay binubuo ng Lokiactin (viz. actin homologues na na-encode ng Lokiarchaeota). Kaya, ang mga selula ng Asgard ay mayroong kumplikadong cytoskeleton na nakabatay sa actin, na iminungkahi ng mga mananaliksik, na naunang ebolusyon ng unang eukaryotes.
Bilang unang konkretong pisikal/visual na ebidensya ng archaeal ancestry ng eukaryotes, ito ay isang kahanga-hangang pag-unlad sa biology.
***
Sanggunian:
- Woese CR at Fox GE, 1977. Phylogenetic na istraktura ng prokaryotic domain: Ang mga pangunahing kaharian. Inilathala noong Nobyembre 1977. PNAS. 74 (11) 5088-5090. DOI: https://doi.org/10.1073/pnas.74.11.5088
- Huet, J., et al 1983. Ang archaebacteria at eukaryotes ay nagtataglay ng DNA-dependent RNA polymerases ng isang karaniwang uri. EMBO J. 2, 1291–1294 (1983). DOI: https://doi.org/10.1002/j.1460-2075.1983.tb01583.x
- Iwabe, N., et al 1989. Ang ebolusyonaryong relasyon ng archaebacteria, eubacteria, at eukaryotes ay hinuha mula sa mga phylogenetic na puno ng mga dobleng gene. Proc. Natl Acad. Sci. USA 86, 9355–9359. DOI: https://doi.org/10.1073/pnas.86.23.9355
- Rodrigues-Oliveira, T., et al. 2022. Actin cytoskeleton at kumplikadong arkitektura ng cell sa isang archaeon ng Asgard. Na-publish: 21 December 2022. Kalikasan (2022). DOI: https://doi.org/10.1038/s41586-022-05550-y
***
