Eukariotët: Historia e prejardhjes së saj arkeale

Grupimi tradicional i formave të jetës në prokariote dhe eukariote u rishikua në vitin 1977 kur karakterizimi i sekuencës së rARN-së zbuloi se arkeat (atëherë të quajtura 'archaebacteria') janë "të lidhura po aq larg me bakteret sa bakteret me eukariotët". Ky grupim i nevojshëm i organizmave të gjallë. në eubaktere (që përfshijnë të gjitha bakteret tipike), arkea dhe eukariote. Çështja e origjinës së eukarioteve mbeti. Në kohën e duhur, provat filluan të ndërtohen në favor të prejardhjes arkeale të eukariotëve. Me interes të veçantë ishte zbulimi se arkea e Asgard ka disa qindra gjene të proteinave të nënshkrimit eukariote (ESP) në gjenomin e tyre. ESP-të luajnë një rol vendimtar në zhvillimin e karakteristikave të citoskeletit dhe strukturave komplekse qelizore të eukarioteve. Në një studim zbulues të botuar më 21 dhjetor 2022, studiuesit kanë raportuar kultivim të suksesshëm të një kulture të pasuruar të arkeave të pakapshme Asgard, të cilën ata e imazhuan duke përdorur tomografinë krio-elektronike. Ata vëzhguan qelizat Asgard me të vërtetë kishin citoskelet kompleks të bazuar në aktinë. Kjo ishte prova e parë vizuale e drejtpërdrejtë e prejardhjes arkeale të eukariotëve, një hap i rëndësishëm në kuptimin e origjinës së eukariotëve.  

Deri në vitin 1977, format e jetës në Tokë u grupuan në eukariotët (forma komplekse të karakterizuara nga përfshirja e materialeve gjenetike të qelizës në një bërthamë të përcaktuar mirë dhe prania e citoskeletit) dhe prokariote (forma më të thjeshta jete me material gjenetik në citoplazmë pa një bërthamë të caktuar, duke përfshirë bakteret dhe arkebakteret). Mendohej se qelizore eukariotët evoluar rreth 2 miliardë vjet më parë, ndoshta nga prokariotët. Por, si e kanë origjinën saktësisht eukariotët? Si lidhen format komplekse të jetës qelizore me format më të thjeshta të jetës qelizore? Kjo ishte një pyetje e madhe e hapur në biologji.  

Përparimet teknologjike në biologjinë molekulare të gjeneve dhe proteinave ndihmuan të thellohej në thelbin e çështjes kur, në vitin 1977, arkeat (atëherë të quajtura 'archaebacteria') u zbuluan se ishin "po aq të lidhura me bakteret sa janë bakteret eukariotët'.Dallimi i mëparshëm i formave të jetës në prokariote dhe eukariote bazohej në ndryshimet fenotipike në nivelin e organeleve qelizore. Në vend të kësaj, marrëdhënia filogjenetike duhet të bazohet në një molekulë të shpërndarë gjerësisht. ARN ribozomale (rARN) është një biomolekulë e tillë e cila është e pranishme në të gjitha sistemet vetë-përsëritëse dhe sekuencat e së cilës ndryshojnë shumë pak me kalimin e kohës. Analiza e bazuar në karakterizimin e sekuencës së rRNA kërkon grupimin e organizmave të gjallë në eubaktere (që përfshin të gjitha bakteret tipike), arkea, dhe eukariotet¹.  

Më pas, provat e një marrëdhënieje më të ngushtë midis arkeave dhe eukariotëve fillojnë të shfaqen. Në vitin 1983, u zbulua se ARN polimerazat e varura nga ADN-ja e arkeave dhe eukariotët janë të të njëjtit lloj; të dyja tregojnë veti imunokimike jashtëzakonisht të ngjashme dhe të dyja rrjedhin nga një strukturë e përbashkët stërgjyshore². Bazuar në një pemë filogjenetike të konstatuar të përbërë të një çifti proteinash, një studim tjetër i botuar në 1989, zbuloi një lidhje më të ngushtë të arkeave me eukariotët sesa me eubakteret³. Në këtë kohë, origjina arkeale e eukariotët u krijua por speciet e sakta arkeale mbetën për t'u identifikuar dhe studiuar.  

Rritja në studimet gjenomike pas suksesit në projekti i gjenomit, ofroi një mbushje shumë të nevojshme për këtë zonë. Midis 2015-2020, disa studime zbuluan se Asgard arkea bartin gjene specifike eukariote. Gjenomet e tyre pasurohen me proteina që konsiderohen specifike për eukariotët. Këto studime identifikuan qartë arkeat e Asgard të kenë afërsinë gjenetike më të afërt me eukariotin për shkak të pranisë së qindra gjeneve të proteinave të nënshkrimit eukariote (ESP) në gjenomin e tyre.  

Hapi tjetër ishte vizualizimi fizik i strukturës së brendshme të bodrumit të arkeës së Asgardit për të konfirmuar rolin e ESP-ve, siç besohet gjerësisht se ESP-të luajnë një rol kyç në formimin e strukturave komplekse qelizore. Për këtë, nevojiteshin kultura shumë të pasuruara të kësaj arkeje, por Asgard dihet se është i pakapshëm dhe misterioz. duke shkaktuar vështirësi në kultivimin në sasi të mjaftueshme për t'i studiuar ato në një laborator. Sipas një studimi të raportuar së fundmi më 21 dhjetor 2022, kjo vështirësi tani është kapërcyer.  

Studiuesit, pas gjashtë vitesh punë të palodhur, kanë improvizuar teknika dhe kanë kultivuar me sukses në laborator, një kulturë shumë të pasuruar të 'Candidatus Lokiarchaeum ossiferum', një anëtar i filumit Asgard. Kjo ishte një arritje e jashtëzakonshme, edhe sepse kjo u mundësoi studiuesve të vizualizonin dhe studionin strukturat e brendshme qelizore të Asgardit.    

Tomografia krio-elektronike u përdor për të imazhuar kulturën e pasurimit. Qelizat Asgard kishin trupa qelizash kokoide dhe një rrjet zgjatimesh të degëzuara. Struktura e sipërfaqes së qelizës ishte komplekse. Citoskeleti shtrihet në të gjithë trupat qelizor. Filamentet me dy fije të përdredhura përfshijnë Lokiactin (dmth. homologët e aktinës të koduara nga Lokiarchaeota). Kështu, qelizat Asgard kishin citoskelet kompleks të bazuar në aktinë, të cilin studiuesit sugjerojnë, para evolucionit të së parës eukariotët.  

Si dëshmia e parë konkrete fizike/vizuale e prejardhjes arkeale të eukariotëve, ky është një përparim i jashtëzakonshëm në biologji.

*** 

Referencat:  

1. Woese CR dhe Fox GE, 1977. Struktura filogjenetike e domenit prokariotik: Mbretëritë primare. Botuar nëntor 1977. PNAS. 74 (11) 5088-5090. DOI: https://doi.org/10.1073/pnas.74.11.5088  

2. Huet, J., et al 1983. Arkebakteret dhe eukariotët zotërojnë polimeraza ARN të varura nga ADN-ja e një lloji të zakonshëm. EMBO J. 2, 1291–1294 (1983). DOI: https://doi.org/10.1002/j.1460-2075.1983.tb01583.x  

3. Iwabe, N., et al 1989. Marrëdhënia evolucionare e arkebaktereve, eubaktereve dhe eukarioteve të nxjerra nga pemët filogjenetike të gjeneve të dyfishta. Proc. Natl Acad. Shkencë. SHBA 86, 9355–9359. DOI: https://doi.org/10.1073/pnas.86.23.9355  

4. Rodrigues-Oliveira, T., et al. 2022. Citoskeleti i aktinës dhe arkitektura komplekse e qelizave në një arkeon Asgard. Publikuar: 21 dhjetor 2022. Natyra (2022). DOI: https://doi.org/10.1038/s41586-022-05550-y  

***