Studie ger nya insikter i hur komplext liv uppstod på jorden

Hur en enkel prokaryotisk cell, som en bakterie, kunde ”svälja” en annan cell och därigenom skapa förutsättningar för mer komplext liv är ett mysterium. Men nu har en nyckel till gåtan upptäckts tack vare en ny studie av forskare från bland annat Umeå universitet.

Ett av biologins stora mysterier är hur eukaryoter uppstod, det vill säga den grupp organismer som människor, djur och växter tillhör. Forskare anser att detta är avgörande för att förstå livets utveckling på jorden.

Eric Libby vid Umeå universitet är huvudförfattare till en artikel som nyligen publicerades i den vetenskapliga tidskriften PNAS. Han har undersökt mysteriet tillsammans med professor Christopher Kempes och Jordan Okie vid Santa Fe Institute och Arizona State University.

– Metabolismen är en grundläggande utmaning. Om en cell sväljer en annan, kan båda växa? säger Eric Libby, universitetslektor vid det tvärvetenskapliga forskningscentret IceLab.

Det finns bevis för att eukaryoter bildades när två prokaryoter – en bakterie och en arké – slogs samman och bakterierna tog plats i arkéernas cellväggar. Det här samarbetet mellan två celler ledde till en stor mångfald av eukaryoter, inklusive allt komplext liv som människor.

I dag ser forskarna spåren av denna så kallade endosymbios i cellerna hos de flesta moderna eukaryoter, från däggdjur och fåglar till växter och svampar: cellorganeller som mitokondrier och kloroplaster var en gång separata organismer. Men när vi ser oss omkring i naturen idag ser vi sällan endosymbioser hos prokaryoter.

Varför? Det vet evolutionsbiologer ännu inte. Det finns många teorier men i den här studien har forskarna undersökt metabolismens roll.

Forskargruppen använde sig av tre stora databaser med arvsmassa från olika prokaryoter för att testa sådant som kan begränsa endosymbiosen. Resultaten visar att de flesta parbildningar hade sämre möjligheter att utvecklas än sina förfäder, men inte alla.

– På sätt och vis är det förvånande hur över hälften av de möjliga endosymbioserna mellan prokaryoter faktiskt kan överleva. Det var också förvånande att de med två arvsmassor har mindre förmåga att anpassa sig än deras förfäder med en enda arvsmassa. Båda dessa resultat gick emot våra ursprungliga förväntningar, säger Eric Libby.

Resultaten av studien tyder på att metabolismen sannolikt inte är den begränsande faktorn i prokaryotiska endosymbioser. Nästa steg för forskarna blir att bedöma andra teorier, som vilken roll miljön kan spela eller hur en prokaryot tar in en annan. Det är nyckeln till att förstå hur livet kan ha utvecklats på jorden, chanserna att det kan finnas liv någon annanstans i universum och möjligheten att skapa liv i ett labb.

Ordförklaring

Prokaryoter: Bakterier och arkéer. Deras celler saknar membranomsluten kärna och andra organeller, och de är i regel encelliga.
Eukaryoter: Övriga organismer. Deras celler har en membranomsluten kärna och flera andra typer av organeller där olika livsfunktioner sker.
Endosymbios: En form av symbios mellan två organismer vid vilken den ena, endosymbionten, lever inuti den andra, värden.

Om den vetenskapliga artikeln

Eric Libby, Christopher P. Kempes, Jordan G. Okie (2023). Metabolic compatibility and the rarity of prokaryote endosymbioses. PNAS (Proceedings of the National Academy of Sciences) 120 (17). DOI: 10.1073/pnas.2206527120

För mer information kontakta:

Eric Libby, universitetslektor, Institutionen för matematik och matematisk statistik, Umeå universitet

Telefon: 090 786 91 70

E-post: eric.libby@umu.se

Pressbild