Ζωντανά απολιθώματα στην Αυστραλία ξεκλειδώνουν το μυστήριο της ζωής

 Στα βάθη της αυστραλιανής υπαίθρου, οι επιστήμονες εντόπισαν ζωντανούς οργανισμούς που παρέμειναν εντελώς αναλλοίωτοι για δισεκατομμύρια χρόνια, προσφέροντας στην ανθρωπότητα μια ζωντανή χρονοκάψουλα που μπορεί να εξηγήσει πώς ακριβώς δημιουργήθηκε η πρώτη μορφή ζωής στον πλανήτη μας.

Η «αρχέγονη σούπα» του Shark Bay και το μυστήριο της ευκαρυογένεσης

Οι στρωματόλιθοι και τα μικροβιακά στρώματα στις ακτές της Δυτικής Αυστραλίας θυμίζουν εκ πρώτης όψεως κοινά, άψυχα πετρώματα. Στην πραγματικότητα, οι δομές αυτές αποτελούν ζωντανές, πολυεπίπεδες αποικίες δισεκατομμυρίων μικροοργανισμών που άλλαξαν την πορεία του πλανήτη. Πολύ πριν από την εμφάνιση της φυτικής και ζωικής ζωής, οι σχηματισμοί αυτοί εμπλούτισαν την ατμόσφαιρα της Γης με τις πρώτες σταθερές ποσότητες οξυγόνου. Σήμερα, μια νέα μελέτη στο

επιστημονικό περιοδικό Current Biology αποδεικνύει ότι οι στρωματόλιθοι κρύβουν το κλειδί για το σημαντικότερο κεφάλαιο της βιολογικής εξέλιξης: τη γέννηση της σύνθετης ζωής.

Μια διεθνής ερευνητική ομάδα με επικεφαλής τον εξελικτικό μικροβιολόγο Μπρένταν Μπερνς από το UNSW Sydney, σε συνεργασία με ακαδημαϊκά ιδρύματα της Μελβούρνης, κατάφερε να απομονώσει ένα άγνωστο μέχρι σήμερα μικρόβιο μέσα από αυτούς τους σχηματισμούς του Shark Bay. Το εύρημα προσφέρει τις πρώτες χειροπιαστές απαντήσεις στο πώς τα απλά, πρωτόγονια κύτταρα άρχισαν να αλληλεπιδρούν φυσικά μεταξύ τους, θέτοντας τα θεμέλια για τη δημιουργία των πρώτων ευκαρυωτικών οργανισμών, στους οποίους ανήκει και ο άνθρωπος.

Η τεχνολογία της Κρυο-Ηλεκτρονικής Τομογραφίας και οι νανοσωληνίσκοι

Η κρατούσα θεωρία της εξελικτικής βιολογίας υποστηρίζει ότι το πρώτο σύνθετο κύτταρο δημιουργήθηκε όταν ένα αρχέγονο αρχαιοβακτήριο απορρόφησε και ενσωμάτωσε στο εσωτερικό του ένα βακτήριο, μια διαδικασία ενδοσυμβίωσης που γέννησε τα μιτοχόνδρια. Μέχρι σήμερα, η επιστήμη δεν διέθετε καμία οπτική καταγραφή αυτής της αρχικής επαφής. Η ομάδα του UNSW πέτυχε μια παγκόσμια πρωτιά χρησιμοποιώντας την τεχνολογία της κρυο-ηλεκτρονικής τομογραφίας (electron cryotomography), η οποία επιτρέπει την τρισδιάστατη απεικόνιση κυτταρικών δομών σε κλίμακα ενός εκατομμυριοστού του χιλιοστού.

Οι λήψεις υψηλής ανάλυσης αποκάλυψαν ότι το νέο μικρόβιο, το οποίο ανήκει στα αρχαιοβακτήρια Asgard (Asgard archaea), συνδέεται άμεσα με ένα γειτονικό βακτήριο μέσω εξαιρετικά λεπτών σωληνοειδών αγωγών, γνωστών ως νανοσωληνίσκοι. Με τη βοήθεια της τεχνικής subtomogram averaging, οι ερευνητές κατάφεραν να χαρτογραφήσουν την κυτταρική μεμβράνη στο σημείο της επαφής. Η ανακάλυψη αυτή αποδεικνύει ότι η δημιουργία της σύνθετης ζωής δεν ξεκίνησε από μια τυχαία, βίαιη απορρόφηση, αλλά από μια μακροχρόνια, δομημένη φυσική γέφυρα επικοινωνίας.

Η χημική συντροφία και η θερμοδυναμική της επιβίωσης

Τα αρχαιοβακτήρια Asgard είναι παγκοσμίως γνωστά για την ακραία δυσκολία καλλιέργειάς τους έξω από το φυσικό τους περιβάλλον, με την ομάδα του Μπερνς να χρειάζεται πέντε χρόνια εργαστηριακών δοκιμών για να σταθεροποιήσει το δείγμα. Αυτή η αδυναμία απομόνωσής τους σε καθαρές καλλιέργειες αποκάλυψε μια βασική βιολογική αλήθεια: οι οργανισμοί αυτοί εξαρτώνται απόλυτα από τη μεταβολική συντροφία (hydrogen syntrophy) για να επιζήσουν στα αφιλόξενα μικροβιακά στρώματα της Αυστραλίας.

Σχετικό Άρθρο:

Διαβάστε επίσης: Γεωεπιστήμη: Εύρημα 2 δισ. ετών ανατρέπει τη θεωρία του άνθρακα

Η φυσική σύνδεση μέσω των νανοσωληνίσκων επιτρέπει στους δύο οργανισμούς να αλληλοσυμπληρώνονται χημικά. Το αρχαιοβακτήριο Asgard καταναλώνει άμεσα το υδρογόνο και τα οργανικά οξέα που αποβάλλει το βακτήριο ως προϊόντα μεταβολισμού. Αυτή η στενή ανταλλαγή θρεπτικών συστατικών και βιταμινών καθιστά τη συμβίωση θερμοδυναμικά εφικτή, προσφέροντας ένα ξεκάθαρο πλεονέκτημα επιβίωσης σε συνθήκες ακραίας αλατότητας, όπως αυτές που επικρατούν εδώ και εκατομμύρια χρόνια στο Shark Bay.

Η τεχνητή νοημοσύνη αποκωδικοποιεί τις πρωτεΐνες ESP

Στην έρευνα επιστρατεύτηκαν προηγμένοι αλγόριθμοι βαθιάς μάθησης (deep learning) για την πρόβλεψη της τρισδιάστατης δομής των πρωτεϊνών των μικροβίων. Οι αναλύσεις της αναπληρώτριας καθηγήτριας Κέιτ Μίτσι έδειξαν ότι το νέο μικρόβιο διαθέτει πρωτόγονες εκδοχές των Πρωτεϊνών Ευκαρυωτικής Υπογραφής (ESPs). Μεταξύ αυτών εντοπίστηκαν ομόλογα του συμπλέγματος ESCRT-III, τα οποία ελέγχουν τον σχηματισμό και την αποκοπή των εκβλαστανόντων κυστιδίων που παρατηρήθηκαν κατά τη διάρκεια της τομογραφίας.

Το νεοανακαλυφθέν μικρόβιο ονομάστηκε επίσημα Nerearchaeum marumarumayae. Η ονομασία συνδυάζει τον Νηρέα, την αρχαία ελληνική θεότητα της θάλασσας, με τη λέξη marumarumayae της γλώσσας του αυτόχθονου λαού Μαλγκάνα, που μεταφράζεται ως «αρχαίο σπίτι». Η μελέτη αυτή φέρνει την επιστήμη ένα βήμα πιο κοντά στην κατανόηση των αρχέγονων μηχανισμών που οδήγησαν στην ανάδυση της πολύπλοκης ζωής, υπενθυμίζοντας ταυτόχρονα την ανάγκη προστασίας αυτών των ευαίσθητων οικοσυστημάτων από την κλιματική κρίση.