Felande länk i evolutionen av komplexa celler

Celler är de mest fundamentala byggstenarna för allt liv på vår planet. Men medan cellerna hos bakterier och andra mikrober är små och enkla så är de celltyper som utgör det liv vi kan se, inklusive oss människor, generellt sett större samt mer komplexa. Det evolutionära ursprunget till dessa celler har länge varit ett mysterium i vetenskapliga sammanhang, men nu har forskare från Uppsala universitet upptäckt en ny typ av mikroorganism som verkar representera en felande länk i den evolutionära historien om hur enklare celler blev mer komplexa.

På 1970-talet upptäckte den högt ansedde biologen Carl Woese en helt ny typ av mikroorganismer, Arkéerna, och kunde visa att dessa representerade en ny gren på livets träd. Detta var något som då skapade stora rubriker i den vetenskapliga pressen. Trots att Arkéer, likt bakterier, är små och enkla, så är de närmare besläktade med organismer som utgörs av komplexa celltyper, de så kallade eukaryota cellerna. Denna observation har länge förbryllat vetenskapen. Hur har de komplexa cellerna hos eukaryoter utvecklats från de simpla celler som utgör Arkéerna?

I en studie som publiceras i den vetenskapliga tidskriften Nature visar en grupp forskare från Uppsala universitet, tillsammans med kollegor i Norge och Österrike, att de har upptäckt en ny typ av Arkéer, Lokiarkéerna, (”Loki”).

– Ursprunget till den eukaryota cellen är ett mycket komplicerat pussel, och många av bitarna saknas fortfarande. Vi hade hoppats att Loki skulle avslöja några fler av de saknade bitarna, men när vi fick de första resultaten kunde vi knappt tro vad vi såg. Vi var helt enkelt mållösa. Genom att studera arvsmassan kunde vi se att Loki utgör en intermediär celltyp halvvägs mellan de enkla cellerna hos mikrober och de mer komplexa cellerna hos eukaryoter, säger Thijs Ettema vid institutionen för cell- och molekylärbiologi vid Uppsala universitet som ledde forskningsgruppen.

När Loki placerades in i livets träd, bekräftades den här idén.

– Loki bildade en väl understödd grupp tillsammans med eukaryoter i vår analys, säger Lionel Guy, forskare i molekylär evolution vid Uppsala universitet.

– Vi kunde dessutom se att Loki har många gener som vi tidigare endast har sett hos eukaryota celler, vilket indikerar att cellulär komplexitet uppstod tidigt i evolutionen av eukaryoter, säger Anja Spang, forskare i molekylär evolution vid Uppsala universitet och en av studiens huvudförfattare.

Namnet Lokiarkéer kommer från den extrema miljö i närheten där de hittades, nära Lokes Slott, en hydrotermisk källa på den mittatlantiska ryggen, beläget mellan Grönland och Norge, på ett djup av 2352 meter.

– Hydrotermiska källor är vulkansystem på havets botten. Miljön där Loki finns har stor vulkanisk aktivitet men håller ganska låg temperatur, säger Steffen Jørgensen från Universitetet i Bergen, Norge, som var involverade i provtagningen för de prover som Loki hittades i.

– Extrema miljöer innehåller ofta många okända mikroorganismer, vilket vi brukar kalla den mikrobiella mörka materian, säger Jimmy Saw forskare i molekylär evolution vid Uppsala universitet och en annan av artikelns huvudförfattare.

Genom att utforska den här mikrobiella mörka materian med nya tekniker i genomik hoppas Thijs Ettema och hans grupp att hitta fler ledtrådar till hur komplexa celler har uppstått.

– Man kan se det som att vi precis har inlett den här resan. Det finns fortfarande massor att upptäcka, och jag är övertygad om att vi kommer att bli tvungna att skriva om våra läroböcker i biologi oftare framöver, säger Thijs Ettema.

Kontaktinformation
Thijs Ettema, Uppsalauniversitet, e-post: thijs.ettema@icm.uu.se, tel: 018 471 4521, mobil: 070 5384219