میکروب باستانی 'آسگارد' ممکن است مدت‌ها قبل از فراوانی اکسیژن در زمین، از آن استفاده کرده باشد و سرنخ جدیدی برای منشأ حیات پیچیده ارائه دهد

ایالات متحده - خبرگزاری اخباری

کشف انقلابی تاریخ تکاملی را بازنویسی می‌کند: میکروب‌های باستانی 'آسگارد' احتمالاً در مراحل اولیه از اکسیژن استفاده کرده‌اند

در یک افشای علمی که می‌تواند درک ما را از منشأ حیات بر روی زمین به طور اساسی تغییر دهد، یک مطالعه اخیر نشان می‌دهد که گروهی از میکروب‌های باستانی، که از نظر علمی 'آرکیای آسگارد' (Asgard archaea) نامیده می‌شوند و نزدیک‌ترین خویشاوندان میکروبی شناخته شده گیاهان و جانوران هستند، ممکن است توانایی استفاده از اکسیژن و استخراج انرژی از آن را میلیون‌ها سال قبل از گسترش این گاز در جو زمین توسعه داده باشند. این یافته که در مجله 'Nature' منتشر شده است، دیدگاهی نو در مورد یکی از عمیق‌ترین رازهای زیست‌شناسی ارائه می‌دهد: چگونه اولین سلول‌های پیچیده، اجداد تمام اشکال حیات پیچیده که امروز می‌شناسیم، از درختان بلند گرفته تا انسان‌ها، پدیدار شدند؟

برای مدت طولانی، دانشمندان فرض می‌کردند که این میکروارگانیسم‌های باستانی محیط‌های فاقد اکسیژن را ترجیح می‌دهند. با این حال، یک بررسی جامع جدید ژنتیکی از نمونه‌های گل اقیانوس و آب دریا، یک یافته شگفت‌انگیز را آشکار می‌کند: این موجودات دارای 'ماشین‌آلات مولکولی' هستند که به آنها اجازه می‌دهد اکسیژن را پردازش کرده و به طور بالقوه آن را به انرژی تبدیل کنند. این کشف فرضیه‌های قبلی را به چالش می‌کشد و توضیحی محتمل برای رویداد همزیستی حیاتی بین یک میکروب ساده و یک باکتری ارائه می‌دهد که در نهایت منجر به تشکیل اولین سلول‌های پیچیده (یوکاریوت‌ها) شد.

میتوکندری‌ها، نیروگاه‌های درون سلول‌های پیچیده، از باکتری‌هایی که برای بقا به اکسیژن نیاز دارند، نشأت گرفته‌اند. به طور سنتی، تصور می‌شد که 'آرکیا' (یکی از سه حوزه اصلی حیات) در روایت تکاملی به عنوان میزبان این باکتری‌ها عمل کرده‌اند و بسیاری از آنها برای بقا در شرایط بی‌هوازی (بدون اکسیژن) سازگار شده‌اند. با این حال، مطالعه جدید نشان می‌دهد که آرکیای آسگارد، میزبان احتمالی، ممکن است به طور قابل توجهی تحمل بیشتری نسبت به اکسیژن نسبت به آنچه قبلاً تصور می‌شد، داشته باشد.

دکتر برت بیکر، استاد همکار علوم دریایی در دانشگاه تگزاس در آستین و یکی از نویسندگان مطالعه، در بیانیه‌ای مطبوعاتی اظهار داشت: "بیشتر آرکیای آسگارد که امروزه زنده هستند در محیط‌های فاقد اکسیژن یافت شده‌اند. اما مشخص شده است که دودمان‌هایی که بیشترین ارتباط را با یوکاریوت‌ها دارند، در مکان‌های غنی از اکسیژن، مانند رسوبات ساحلی کم‌عمق و پلانکتون شناور در ستون آب ساکن هستند و دارای مسیرهای متابولیک متعددی هستند که از اکسیژن استفاده می‌کنند. این قویاً نشان می‌دهد که جد مشترک یوکاریوتی ما نیز احتمالاً این فرآیندها را داشته است."

آرکیای آسگارد، که به نام اقامتگاه خدایان در اساطیر نورس نامگذاری شده‌اند، اولین بار در سال 2015 کشف شدند، زمانی که محققان ژنوم‌های آنها را از نمونه‌های رسوبات اعماق دریا در نزدیکی چشمه هیدروترمال 'قلعه لوکی' (Loki’s Castle) بازسازی کردند. این تحقیق منجر به تأسیس سوپرفیلم آسگارد شد که شامل گروه‌های آرکیایی مانند لوکی‌آرکیوتا (Lokiarchaeota)، ثورآرکیوتا (Thorarchaeota) و اودین‌آرکیوتا (Odinarchaeota) می‌شود. مطالعات بعدی نشان داده‌اند که این آرکیاها چندین ژن 'امضای یوکاریوتی' را حمل می‌کنند، که نشان‌دهنده یک پیوند اجدادی نزدیک با یوکاریوت‌ها است – ارگانیسم‌هایی که با سلول‌های حاوی هسته و اندامک‌های غشایی مشخص می‌شوند.

برای بررسی اینکه آرکیای آسگارد چگونه ممکن است اکسیژن را تحمل کرده باشند، تیم تحقیق تمرکز خود را بر دریای بوهای (Bohai Sea) و حوضه گوایماس (Guaymas Basin) معطوف کرد – محیط‌هایی که به دلیل حمایت از جوامع میکروبی پررونق شناخته شده‌اند. آنها حدود 15 ترابایت DNA محیطی استخراج شده از رسوبات دریایی را به دقت تجزیه و تحلیل کردند، بیش از 13,000 ژنوم میکروبی را با موفقیت بازسازی کردند و صدها توالی ژنتیکی خاص آسگارد را جدا کردند.

دکتر کاترین اپلر، محقق پسادکتری در موسسه پاستور پاریس و نویسنده همکار این مطالعه، اظهار داشت: "این آرکیای آسگارد اغلب در تلاش‌های توالی‌یابی با پوشش کم نادیده گرفته می‌شوند. با این حال، تلاش عظیم توالی‌یابی و ادغام روش‌های مختلف توالی‌یابی و ساختاری به ما امکان داد الگوهایی را تشخیص دهیم که قبل از این گسترش ژنومی نامرئی بودند."

در میان این الگوهای شناسایی شده، ژن‌های مرتبط با تنفس هوازی قرار داشتند – فرآیندی که به اکسیژن وابسته است و بسیاری از ارگانیسم‌ها برای استخراج کارآمد انرژی اضافی از مواد مغذی از آن استفاده می‌کنند. علاوه بر این، تیم از یک ابزار هوش مصنوعی به نام AlphaFold2 برای پیش‌بینی ساختارهای پروتئینی استفاده کرد و در نتیجه شواهد خود را برای وجود ماشین‌آلات مولکولی مقاوم به اکسیژن در درون این میکروب‌های باستانی تقویت کرد.

به طور قابل توجهی، یک شاخه خاص از آرکیای آسگارد، معروف به هایمدال‌آرکیا (Heimdallarchaeia) (به نام نگهبان خدایان نورس)، به ویژه برجسته شد. محققان گزارش دادند که بسیاری از ژنوم‌های هایمدال‌آرکیا حاوی اجزای سیستم‌های مولکولی مسئول انتقال الکترون و تولید انرژی با استفاده از اکسیژن، همراه با آنزیم‌هایی هستند که به مدیریت محصولات جانبی سمی اکسیژن کمک می‌کنند. اگر این قابلیت‌های پردازش اکسیژن واقعاً در جد آرکیایی سلول‌های پیچیده وجود داشته باشد، این امر روایت ادغام همزیستی حیاتی را به طور قابل توجهی ساده می‌کند.

دکتر بیکر نتیجه گرفت: "اکسیژن در محیط ظاهر شد و آرکیای آسگارد با آن سازگار شدند. آنها مزیت انرژی‌زایی در استفاده از اکسیژن یافتند که سپس راه را برای تکامل آنها به یوکاریوت‌ها هموار کرد." این یافته‌ها نه تنها منشأ حیات پیچیده را روشن می‌کنند، بلکه ممکن است راه‌های جدیدی را برای درک تکامل میکروبی و توانایی قابل توجه آنها در سازگاری با شرایط محیطی در حال تغییر باز کنند.

لینک خبرگزاری اخباری