قدم التصوير المقطعي بالإلكترون بالتبريد نظرة ثاقبة على الهيكل الخلوي لآثار أسكارد المستزرعة حديثًا الموضحة هنا. وتجدر الإشارة إلى الخيوط الواسعة للهيكل الخلوي الأكتيني (البرتقالي) في أجسام الخلايا ونتوءات الخلايا ، بالإضافة إلى غلاف الخلية المفردة (الأزرق). الائتمان: © Margot Riggi ، The Animation Lab ، جامعة يوتا
باحثون من جامعة فيينا و ETH Zurich يزرعون الكائن الدقيق “الحلقة المفقودة”.
ما الذي أدى إلى ظهور الكائنات الحية المعقدة على الأرض؟ هذا سؤال مهم بدون إجابة في علم الأحياء. باحثون من فريق Christa Schleper في جامعة فيينا وفريق Martin Pilhofer في ETH زيورخ اتخذت خطوة نحو حلها. تمكن العلماء من زراعة أركون خاص وتوصيفه بشكل أكثر دقة باستخدام الأساليب المجهرية.
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 الطبيعة.
تنقسم جميع أشكال الحياة على الأرض إلى ثلاثة مجالات رئيسية: حقيقيات النوى والبكتيريا والعتائق. تشمل حقيقيات النوى مجموعات الحيوانات والنباتات والفطريات. تكون خلاياها بشكل عام أكبر بكثير وأكثر تعقيدًا للوهلة الأولى من خلايا البكتيريا والعتائق. على سبيل المثال ، يتم تغليف المادة الوراثية لحقيقيات النوى في نواة الخلية ، كما تحتوي الخلايا أيضًا على عدد كبير من الأجزاء الأخرى. يعتمد شكل الخلايا ونقلها داخل الخلية حقيقية النواة أيضًا على هيكل خلوي واسع النطاق. ولكن كيف حدث التطور التطوري نحو هذه الخلايا حقيقية النواة المعقدة؟
تفترض إحدى النظريات التطورية الأكثر شيوعًا اليوم أن حقيقيات النوى (بما في ذلك الحيوانات والنباتات والفطريات) نشأت من اندماج أركيون أسكارد مع بكتيريا. مصدر الصورة: Florian Wollweber، ETH Zürich
تفترض معظم النماذج الحالية أن العتائق والبكتيريا لعبت أدوارًا مركزية في تطور حقيقيات النوى. يُعتقد أن الخلية حقيقية النواة البدائية قد تطورت من تكافل وثيق بين العتائق والبكتيريا منذ حوالي ملياري سنة. في عام 2015 ، اكتشفت الدراسات الجينية لعينات بيئية في أعماق البحار مجموعة ما يسمى بـ Archaea of Asgard ، والتي تمثل في شجرة الحياة أقرب الأقارب من حقيقيات النوى. تم إصدار الصور الأولى لخلايا من Asgard في عام 2020 من ثقافات تخصيب بواسطة مجموعة يابانية.
عتائق Asgard المستزرعة من الرواسب البحرية
نجحت الآن مجموعة عمل Christa Schleper في جامعة فيينا لأول مرة في تكوين ممثل لهذه المجموعة بتركيزات أعلى. تأتي من الرواسب البحرية لساحل بيران بسلوفينيا ، ولكنها أيضًا من سكان فيينا ، على سبيل المثال في رواسب ضفاف نهر الدانوب. نظرًا لنموها في كثافات 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 المؤلفين الأوائل للدراسة: “لقد كان الحصول على هذا الكائن الحي شديد الحساسية في ثقافة مستقرة في المختبر أمرًا دقيقًا وشاقًا للغاية”.
قام المؤلف المشارك الأول رافائيل بونس بأخذ عينات من الرواسب البحرية في قناة سيكا في بيران ، سلوفينيا. الائتمان: © Thiago Rodrigues-Oliveira ، Univ. فيينا
عتائق Asgard لها شكل خلية معقد بهيكل خلوي واسع النطاق
سمح النجاح الملحوظ لمجموعة فيينا في زراعة ممثل عالي التخصيب لـ Asgard في النهاية بإجراء فحص أكثر تفصيلاً للخلايا عن طريق الفحص المجهري. استخدم باحثو ETH من مجموعة Martin Pilhofer مجهر إلكتروني حديث للتبريد لالتقاط صور لخلايا مجمدة بالصدمات. يقول بيلهوفر: “تتيح هذه الطريقة رؤية ثلاثية الأبعاد في الهياكل الخلوية الداخلية”.
مسح صورة مجهرية إلكترونية لخلية Lokiarchaeum ossiferum تُظهر نتوءات الخلية الطويلة والمعقدة. الائتمان: © Thiago Rodrigues-Oliveira ، Univ. فيينا
يقول فلوريان وولويبر ، الذي قضى شهورًا في تعقب الخلايا أسفل المجهر: تحتوي الخلايا أيضًا على شبكة واسعة من خيوط الأكتين التي يُعتقد أنها فريدة من نوعها للخلايا حقيقية النواة ، وهذا يشير إلى أن الهياكل الهيكلية الخلوية الواسعة نشأت في العتائق قبل ظهور أول حقيقيات النوى وتغذي النظريات التي تطورت حول هذا الحدث المهم والمذهل في تاريخ الحياة.
آفاق المستقبل بفضل الكائن الحي الجديد
“كائننا الجديد ، المسمى Lokiarchaeum ossiferum ، لديه إمكانات كبيرة لتوفير رؤى جديدة رائدة في التطور المبكر لحقيقة النواة ،” هكذا علق عالم الأحياء الدقيقة كريستا شليبر. “لقد استغرق الأمر ست سنوات طويلة للحصول على ثقافة مستقرة وعالية التخصيب ، ولكن يمكننا الآن استخدام هذه التجربة لإجراء العديد من الدراسات البيوكيميائية وكذلك لزراعة عتائق أخرى من Asgard.” بالإضافة إلى ذلك ، يمكن للعلماء الآن استخدام طرق التصوير الجديدة التي تم تطويرها في ETH لدراسة التفاعلات الوثيقة بين عتائق Asgard وشركائهم البكتيريين ، على سبيل المثال. يمكن أيضًا دراسة العمليات البيولوجية الخلوية الأساسية مثل الانقسام الخلوي في المستقبل لإلقاء الضوء على الأصل التطوري لهذه الآليات في حقيقيات النوى.
المرجع: “هيكل خلوي أكتين وهندسة خلوية معقدة في آركون أسكارد” بقلم تياجو رودريغيز-أوليفيرا ، وفلوريان وولويبر ، ورافائيل آي بونس توليدو ، وجينجوي زو ، وسيمون ك.- إم آر ريتمان ، وأندرياس كلينجل ، ومارتن بيلهوفر ، وكريستا شليبر ، 21 عامًا كانون الأول (ديسمبر) 2022 ، الطبيعة.
DOI: 10.1038 / s41586-022-05550-y
