1. oldal
A skandináv mitológiában az embereket és azok lakóhelyét, Midgardot olyan istenek teremtették, akik egy másik világban, Asgardon éltek. A legfrissebb mikrobiológiai kutatások szerint ez az eredetmítosz nem is áll olyan távol a valóságtól. Thijs Ettema holland kutatónak és társainak köszönhetően az Asgard napjainkban már egy nagy mikrobaklán neve is, amelynek északi istenek után elnevezett tagjai, Odin, Thor, Loki, Heimdall és társaik a világ számos részén megtalálhatók.
Sokuk persze olyan ritka, hogy még senki sem látta mikroszkóp alatt, és csak DNS-üknek köszönhetően tudjuk, hogy létezik. Az pedig egyre világosabb, hogy mennyire fontosak számunkra, hiszen könnyen lehetséges, hogy ez az a mikrobacsoport, amelyből kifejlődtünk. Ha Ettemának igaza van, nagyjából kétmilliárd évvel ezelőtt egy asgardi mikroba (vagy ezek rendkívül közeli rokona) tette meg az első lépést a az eukarióták és velük az állatok, a növények, a gombák, azaz minden komplex, többsejtű szervezet felemelkedése felé.
A történet jobb megértése érdekében azonban ennél korábbra kell visszanyúlnunk. Miután a Föld 4,5 milliárd évvel ezelőtt kialakult, a fosszilis leletek tanúsága szerint elképesztően gyorsan megjelent rajta az élet. Ezt követően azonban hosszú ideig minden élőlény két nagy csoportba tartozott, az archeák vagy ősbaktériumok és a prokarióta baktériumok közé. A földi élet létrejötte után 1,7 milliárd évig annak minden képviselője mikroszkopikus egysejtű volt. Aztán megjelentek az eukarióták, és minden megváltozott.
Az eukarióta sejtek általában sokkal nagyobbak, mint a baktériumok vagy az archeák, és sokkal nagyobb genommal is rendelkeznek. Olyan belső rendszerekkel bírnak, amelyek a mi szerveinkhez hasonlóan viselkednek, és speciális feladatokat látnak el a sejt életében. Rendelkeznek egy belső vázzal is, amely kulcsfontosságú a sejten belüli szállításban. Az archeák és a baktériumok ezt a komplexitást meg sem közelítik, és bár ezek a lények is elképesztő dolgokra képesek, közülük – egyetlen eset kivétel – egy sem fejlődött az eukarióta sejtekhez hasonlatossá, nem is beszélve a többsejtűségről.
Hogy ennek mi lehet az oka, azzal kapcsolatban több elmélet is létezik. Az egyik lehetséges válasz, hogy az első eukarióta sejt a két addig létezett csoport egy-egy tagjának elképesztően valószínűtlen egyesülésével jött létre. Egy baktérium valahogyan megtalálta a módját, hogy bekerüljön egy archea belsejébe, és ahelyett, hogy ott elpusztult volna, a gazdasejt szerves részévé vált. Lehetővé tette, hogy az archea a szokásosnál több energiához jusson hozzá, így az nagyobbra nőhetett, több génre tett szert, és egészen új utak nyíltak meg előtte a fejlődésben.
Az archeában megtelepedő baktériumból idővel egy sejtszervecske, a mitokondrium lett, amelynek kései leszármazottai máig az eukarióta sejtek erőműveiként szolgálnak. Ahogy az eukarióták fejlődni kezdtek, újabb mikrobákat kebeleztek be, szervecskékké alakítva ezeket. Az endoszimbiózisnak nevezett folyamat azonban sokkal könnyebben megvalósulhat, ha a gazdasejt eleve nagyméretű. Ha a kérdéses sejt egy archea, ez sokkal-sokkal valószínűtlenebb, ezért sok kutató azt feltételezi, hogy az eukariótákat létrehozó egyesülés csak egyetlen egyszer ment végbe a Földön.
És hogy milyenek voltak ennek a meghatározó találkozásnak a résztvevői? Az biztos, hogy a baktérium az alfa-proteobaktériumok közé tartozott (ennek a csoportnak a tagja a Wolbachia is, amellyel nemrégiben a zika és a gömbászkák kapcsán is foglalkoztunk). A legutóbbi időkig azonban senki sem tudta, hogy az archea gazdasejt vajon milyen lehetett.
Aztán 2015-ben Ettema és kollégái mintákat gyűjtöttek egy Grönland és Norvégia között, a tengerfenéken található, hidrotermális kürtőkkel teli régióból. A Loki kastélya néven emlegetett terület 2300 méter mélyen található kürtőiből egy egészen újfajta mikrobacsoport tagjainak genomjai kerültek elő. A csoport tagjai, akik felfedezési helyük és furcsa genetikai állományuk miatt a Lokiarchaeota nevet kapták, minden ma élő eukarióta legközelebbi prokarióta rokonainak bizonyultak. Így ezek lehetnek a legpontosabb minták annak elképzelésére, milyen lehetett az az archea, amely egyesült a később mitokondriummá váló baktériummal.
Azóta az is kiderült, hogy a Lokiarchaeoták nincsenek egyedül. Brett Baker, a Texasi Egyetem kutatója kollégáival tavaly felfedezett egy velük rokon archeacsoportot az észak-karolinai White Oak folyó iszapjában. A skandináv tematikát folytatva ezeket Thorarchaeotáknak nevezték le. Ezt követően Ettema, Baker és mások egy sor hasonló, rokon csoportot azonosítottak a Föld különböző zugaiban: a Yellowstone Nemzeti Parkban, egy új-zélandi melegvizes forrásban, egy japán sziget mellett a tengerfenék hidrotermális kürtőiben és más helyeken is.
2. oldal
A frissen felfedezett mikrobákat négy nagyobb csoportba sorolták: a Lokiarchaeoták, a Thorarchaeoták, az Odinarchaeoták és a Heimdallarchaeoták közé. „Még vagy ötven további asgardi isten létezik, úgyhogy egy pár évig még jók vagyunk” – mondja Ettema. A négy csoport egy Asgardnak nevezett szupercsoport tagja, amelynek vagy az eukarióták is részei, vagy pedig ennek közvetlen közelében vannak, hiszen vagy a csoport egyik tagjától származunk, vagy ezek egy közeli rokonától.
Az asgardi mikrobák genomja rengeteg meglepetést rejt. Amikor Ettema először vizsgálta meg a kürtőkben talált DNS-mintákat, meglepődve tapasztalta, hogy azok olyan génekkel vannak tele, amelyekről egészen addig mindenki úgy hitte, hogy eukarióta sajátosságok. Ilyenek például a sejt belső váza, a citoszkeleton kiépítéséért és szerkezetének átalakításáért felelős DNS-szakaszok. Ami azért meglepő, mert az általunk ismert archeáknak nincs citoszkeletonjuk.
Más gének az eukariótákban a sejtmembrán darabkáinak kicsípéséért felelnek, hogy az így létrehozott kis buborékokban molekulákat lehessen bejuttatni a sejtbe, és azon belül mozgatni azokat. Ez megint egy olyan funkció, amire a kisméretű archeáknak nem nagyon van szükségük. Megint más gének pedig legjobb tudomásunk szerint a sejtszervecskék közötti molekulaszállításban játszanak szerepet, amire ezek hiányában szintén nem nagyon van szüksége a tipikus archeának.
Amikor Ettema két évvel ezelőtt a Lokiarchaeotákban azonosította ezeket a géneket, kollégáinak nagy része szkeptikusan fogadta az eredményeket. Sokan úgy vélték, hogy talán eukarióta DNS szennyezhette be a mintákat. De azóta kiderült, hogy hasonló, eukarióta specialitásnak tartott gének más asgardi csoportokban is megtalálhatók, amelyeket más kutatócsoportok, teljesen más helyszínekről szedtek össze.
Mindez persze nem jelenti azt, hogy az asgardiak eukarióták lennének, vagy közel járnának az eukariótává váláshoz. A vizsgálatok alapján egyetlen asgardi mikroba sem hordozza magában az összes olyan gént, amely az eukarióta genom minimumát jelentené. De a Föld különböző pontjain összeszedett mintákban kétségkívül megtalálhatók az „eukariótaság” építőkövei.
Az endoszimbionta elmélet kapcsán a legnagyobb vita azt a kérdést övezi, hogy milyen lehetett a baktériumot bekebelező sejt. Sok szakértő szerint ennek elve nagyméretűnek és komplexnek kellett lennie, és már a mitokondriummá váló másik egysejtű nélkül is félúton járt az eukariótává válás felé. Mások úgy vélik, hogy a gazdasejt tipikus archea volt, és az egyesülés tette lehetővé, hogy többé, bonyolultabbá váljon.
Ettema és kollégái eredményei az első feltevést támasztják alá, hiszen azt sugallják, hogy léteznek és léteztek olyan archeák, amelyekben a mitokondrium megjelenése előtt is megvoltak a komplex sejtműködéseket vezérlő gének. A mai asgardiak és az eukarióták elődei mindemellett sem túlságosan bonyolult felépítésű sejtek, mondja Ettema. De van néhány szokatlan génjük, amely az eukariótákban nagyon fontossá vált.
Az eredményeket és az elméletet övező vita valószínűleg hosszú ideig elhúzódik majd, főleg hogy mindezidáig senki sem látott egyetlen élő asgardit sem. Az 1980-as években a szakértők kidolgozták annak a módját, hogyan lehet a környezeti mintákból, a talajból, a vízből, az iszapból stb. kiszűrni az abban élő élőlények DNS-ét. Ez a metódus napjainkban a legjobb módot jelenti az új fajok megtalálására, de azzal jár együtt, hogy számos mikroszkopikus élőlényt, köztük az asgardi csoport tagjait is, csak DNS-ük révén ismerjük. Azt tehát senki sem tudja, hogy a valóságban ezek hogyan néznek ki.
Ettema elmondása szerint a sejtek tényleges megtalálása lenne a kutatás következő, nagyon fontos célja, ez azonban nem lesz egyszerű. A Lokiarchaeotákat mélytengeri kürtőkben találták meg, ahová nem lehet csak úgy „leugrani”. Ami a Thorról és Heimdallról elnevezett csoport tagjait illeti, ezek hozzáférhetőbb helyeken élnek, de mivel a környezetükben élő mikrobaközösségnek csak a 0,1 százalékát teszik ki, a feladat olyan, mintha egy tűt kellene megtalálni a szénakazalban. „De dolgozunk rajta” – mondja Ettema.
