Կյանքի ձևերի ավանդական խմբավորումը պրոկարիոտների և էուկարիոտների վերանայվել է 1977 թվականին, երբ rRNA հաջորդականության բնութագրումը պարզեց, որ արխեաները (այն ժամանակ կոչվում էին «արխեբակտերիաներ») «նույնքան հեռու կապված են բակտերիաների հետ, որքան բակտերիաները՝ էուկարիոտներին»: էվբակտերիաների (որը ներառում է բոլոր բնորոշ բակտերիաները), արխեաները և էուկարիոտները: Մնում էր էուկարիոտների ծագման հարցը։ Ժամանակին, ապացույցները սկսեցին ձևավորվել հօգուտ էուկարիոտների հնագույն նախնիների: Հատկապես հետաքրքրություն էր ներկայացնում այն բացահայտումը, որ Ասգարդ արխեաներն իրենց գենոմում ունեն մի քանի հարյուրավոր էուկարիոտային ստորագրության սպիտակուցների (ESPs) գեներ: ESP-ները վճռորոշ դեր են խաղում էուկարիոտների ցիտոկմախքի և բարդ բջջային կառուցվածքների բնութագրերի զարգացման գործում: 21 թվականի դեկտեմբերի 2022-ին հրապարակված բեկումնային ուսումնասիրության մեջ հետազոտողները զեկուցել են խուսափողական Ասգարդ արխեայի հարստացված մշակույթի հաջող մշակման մասին, որը նրանք պատկերել են կրիոէլեկտրոնային տոմոգրաֆիայի միջոցով: Նրանք նկատեցին, որ Ասգարդի բջիջներն իսկապես ունեին բարդ ակտինի վրա հիմնված ցիտոկմախք: Սա էուկարիոտների հնագիտական ծագման առաջին ուղղակի տեսողական վկայությունն էր, որը նշանակալի քայլ էր էուկարիոտների ծագման ըմբռնման գործում:
Մինչև 1977 թվականը Երկրի վրա կյանքի ձևերը խմբավորված էին էուկարիոտներ (բարդ ձևեր, որոնք բնութագրվում են բջջի գենետիկ նյութերի ընդգրկմամբ հստակ սահմանված միջուկի մեջ և ցիտոկմախքի առկայությամբ) և պրոկարիոտներ (կենդանի ավելի պարզ ձևեր ցիտոպլազմայում գենետիկ նյութով առանց որոշակի միջուկի, ներառյալ բակտերիաները և արխեբակտերիաները): Կարծում էին, որ բջջային էուկարիոտներ առաջացել է մոտ 2 միլիարդ տարի առաջ, հավանաբար պրոկարիոտներից: Բայց կոնկրետ ինչպե՞ս են առաջացել էուկարիոտները: Ինչպե՞ս են բարդ բջջային կյանքի ձևերը կապված ավելի պարզ բջջային կյանքի ձևերի հետ: Սա մեծ բաց հարց էր կենսաբանության մեջ:
Գենի և սպիտակուցի մոլեկուլային կենսաբանության տեխնոլոգիական առաջընթացը օգնեց խորանալ խնդրի էության մեջ, երբ 1977 թվականին հայտնաբերվեց, որ արխեաները (այն ժամանակ կոչվում էին «արխեբակտերիաներ»)բակտերիաների հետ նույնքան հեռավոր առնչություն, որքան բակտերիաները էուկարիոտներ'Կյանքի ձևերի ավելի վաղ տարբերակումը պրոկարիոտների և էուկարիոտների հիմնված էր բջջի օրգանելների մակարդակի ֆենոտիպային տարբերությունների վրա։ Փոխարենը, ֆիլոգենետիկ հարաբերությունները պետք է հիմնված լինեն լայնորեն տարածված մոլեկուլի վրա: Ռիբոսոմային ՌՆԹ-ն (rRNA) այդպիսի կենսամոլեկուլներից մեկն է, որն առկա է ինքնակրկնվող բոլոր համակարգերում և որի հաջորդականությունը ժամանակի ընթացքում շատ քիչ է փոխվում: Վերլուծությունը, որը հիմնված է rRNA հաջորդականության բնութագրման վրա, անհրաժեշտություն առաջացրեց կենդանի օրգանիզմների խմբավորումը էվբակտերիաների մեջ (ներառյալ բոլոր բնորոշ բակտերիաները), արխեաև էուկարիոտներ1.
Այնուհետև ի հայտ են գալիս արխեաների և էուկարիոտների միջև ավելի սերտ հարաբերությունների վկայություններ: 1983 թվականին պարզվել է, որ արխեայի ԴՆԹ-կախյալ ՌՆԹ պոլիմերազները և էուկարիոտներ նույն տեսակի են; երկուսն էլ ցույց են տալիս զարմանալիորեն նման իմունոքիմիական հատկություններ, և երկուսն էլ բխում են ընդհանուր նախնիների կառուցվածքից2. Հիմնվելով սպիտակուցային զույգի բաղադրյալ ֆիլոգենետիկ ծառի վրա՝ 1989 թվականին հրապարակված մեկ այլ ուսումնասիրություն բացահայտեց արխեայի ավելի սերտ կապը էուկարիոտների, քան էվբակտերիաների հետ։3. Այս ժամանակ, հնագիտական ծագումը էուկարիոտներ հաստատվել է, սակայն ճշգրիտ հնավայրերի տեսակները դեռ պետք է բացահայտվեն և ուսումնասիրվեն:
Գենոմատիկ հետազոտությունների աճը հաջողության հետևանքով գենոմի նախագիծ, ապահովեց այս տարածքի համար շատ անհրաժեշտ լրացում: 2015-2020 թվականների ընթացքում մի քանի ուսումնասիրություններ պարզել են, որ Ասգարդը արխեա կրում են էուկարիոտի հատուկ գեներ: Նրանց գենոմները հարստացված են էուկարիոտներին հատուկ համարվող սպիտակուցներով։ Այս ուսումնասիրությունները հստակ ցույց տվեցին, որ Ասգարդի արխեաներն ունեն ամենամոտիկ գենետիկական հարևանությունը էուկարիոտի հետ՝ շնորհիվ իրենց գենոմում հարյուրավոր էուկարիոտական ստորագրության սպիտակուցների (ESPs) գեների առկայության:
Հաջորդ քայլը Asgard archaea-ի ներքին նկուղային կառուցվածքի ֆիզիկապես պատկերացումն էր՝ ESP-ների դերը հաստատելու համար, քանի որ լայնորեն ընդունված է, որ ESP-ները առանցքային դեր են խաղում բարդ բջջային կառուցվածքների ձևավորման մեջ: Դրա համար անհրաժեշտ էին այս արխեայի բարձր հարստացված մշակույթները, սակայն Ասգարդը հայտնի է որպես խուսափողական և խորհրդավոր: դժվարություններ առաջացնելով բավականաչափ մեծ քանակությամբ մշակման մեջ՝ դրանք լաբորատորիայում ուսումնասիրելու համար: Համաձայն վերջերս՝ 21 թվականի դեկտեմբերի 2022-ին զեկուցված ուսումնասիրության, այս դժվարությունն այժմ հաղթահարված է։
Հետազոտողները վեց տարվա քրտնաջան աշխատանքի արդյունքում կատարել են իմպրովիզացված տեխնիկա և հաջողությամբ լաբորատորիայում մշակել են բարձր հարստացված մշակույթ:Candidatus Lokiarchaeum ossiferum', Ասգարդ ֆիլումի անդամ։ Սա ուշագրավ ձեռքբերում էր նաև այն պատճառով, որ սա հետազոտողներին հնարավորություն տվեց պատկերացնել և ուսումնասիրել Ասգարդի ներքին բջջային կառուցվածքները:
Կրիոէլեկտրոնային տոմոգրաֆիան օգտագործվել է հարստացման մշակույթը պատկերելու համար: Ասգարդի բջիջներն ունեին կոկոիդ բջիջների մարմիններ և ճյուղավորված ելուստների ցանց։ Բջջի մակերեսի կառուցվածքը բարդ էր: Բջջային մարմիններում տարածված ցիտոկմախքը: Ոլորված երկշղթա թելերը ներառում են Լոկիակտին (այսինքն՝ ակտինի հոմոլոգները, որոնք կոդավորված են Lokiarchaeota-ի կողմից): Այսպիսով, Ասգարդի բջիջները ունեին ակտինի վրա հիմնված բարդ ցիտոկմախք, որը հետազոտողները առաջարկում էին, նախքան առաջինի էվոլյուցիան: էուկարիոտներ.
Որպես էուկարիոտների հնագույն նախնիների առաջին կոնկրետ ֆիզիկական/տեսողական վկայություն, սա ուշագրավ առաջընթաց է կենսաբանության մեջ:
***
Հիշատակում:
- Woese CR և Fox GE, 1977. Պրոկարիոտային տիրույթի ֆիլոգենետիկ կառուցվածքը. Առաջնային թագավորություններ: Հրատարակվել է 1977 թվականի նոյեմբերին. PNAS. 74 (11) 5088-5090։ DOI: https://doi.org/10.1073/pnas.74.11.5088
- Հյուետ, Ջ., et al 1983. Արքեաբակտերիաները և էուկարիոտները ունեն ընդհանուր տիպի ԴՆԹ-կախյալ ՌՆԹ պոլիմերազներ: EMBO J. 2, 1291–1294 (1983): DOI: https://doi.org/10.1002/j.1460-2075.1983.tb01583.x
- Իվաբե, Ն., et al 1989. Արխեբակտերիաների, էվբակտերիաների և էուկարիոտների էվոլյուցիոն հարաբերությունները, որոնք եզրակացրել են կրկնօրինակված գեների ֆիլոգենետիկ ծառերից: Պրոց. Նատլ Ակադ. Գիտ. ԱՄՆ 86, 9355–9359. DOI: https://doi.org/10.1073/pnas.86.23.9355
- Ռոդրիգես-Օլիվեյրա, Տ., et al. 2022. Ակտինի ցիտոկմախքը և բարդ բջջային ճարտարապետությունը Ասգարդի արխեոնում: Հրատարակված՝ 21 Դեկտեմբեր 2022. Բնություն (2022)։ DOI: https://doi.org/10.1038/s41586-022-05550-y
***
