1. oldal
Loki kastélya félúton található Grönland és Norvégia között, nagyjából 2300 méterre az óceán felszíne alatt. A név egy hidrotermális kürtőkkel teli régiót takar, amelyek forró vizet pöfögnek fel az óceáni aljzatból. Bár a vidék első pillantásra kifejezetten pokolinak tűnik, tele van élettel, ami azért lényeges, mert az utóbbi évek kutatásai alapján egyre valószínűbbnek tűnik, hogy ezekhez hasonló kürtők lehettek az első földi élőlények lakóhelyei.
Ezt megerősítheti egy új felfedezésis, az említett kürtők környékén ugyanis egy új, rendkívül különös mikrobacsoportot azonosított az Uppsalai Egyetem kutatócsoportja. A Thijs Ettema és kollégái által felfedezett apró élőlények a vizsgálatok alapján az eukarióta szervezetek, vagyis az állatok, a növények, a gombák, és még számtalan más bolygónkat lakó lény (például az amőbák) legközelebbi prokarióta rokonai.
A szakértők az újonnan azonosított egysejtűeknek a Lokiarchaeota nevet adta, részben a hidrotermális kürtők, részben ezek névadója, Loki után. A skandináv mitológia (és a Marvel-univerzum) közismert alakja a tűz istene, gonosz tréfacsináló és tehetséges alakváltó. A róla elkeresztelt prokarióta törzs tagjai Etteme elmondása szerint hasonlóan bonyolultak, összezavaróak és ellentmondásosak, mint az északi istenség. Az eukarióták közé tartozik minden olyan élőlény, amely szabad szemmel látható, és a mikroszkopikus lények egy jelentős része is. A földi lények másik két doménjába, a baktériumok és az archeák közé ezzel szemben kizárólag egysejtű élőlények tartoznak. Ezek felületesen hasonlítanak ugyan az eukarióta sejtekre, biokémiailag azonban egy világ választja el őket egymástól.
A baktériumok és az archeák, összefoglaló néven a prokarióták, a biokémia igazi mesterei. Rendkívül szélsőséges környezetben is megélnek, és a nyersolajtól a fémig számtalan anyagot képesek megemészteni. Az eukariótákhoz képest ugyanakkor rendkívül egyszerűek, még akkor is, ha csak a domének egysejtű képviselőit vetjük össze. Saját sejtjeink komplex belső szerkezettel rendelkeznek, és magas fokú tagoltság jellemzi őket. A sejtmag tartalmazza örökítőanyagunkat, sejtjeink alakjának megtartásáról egy összetett váz gondoskodik, amely a molekulák belső transzportjában is fontos szerepet kap, a mitokondriumok pedig energiával látják el a teljes rendszert. A prokarióták mindebből semmivel sem rendelkeznek, és genomjuk is sokkal kisebb az eukariótákénál.
A prokarióta és az eukarióta sejt közt tehát óriási eltérések vannak, és ezt a hatalmas távolságot legjobb tudomásunk szerint csak egyetlen egyszer sikerült áthidalni az evolúció során. Minden eukarióta sejt közös őse nagyjából 2 milliárd évvel ezelőtt bukkant fel az élet színpadán, amikor a baktériumok már legalább egymilliárd éve léteztek. A prokarióták közt akadnak ugyan olyanok, amelyek apróbb előrelépéseket tettek a komplexebb szerkezet, az „eukariótaság” felé, többségük ugyanakkor rendkívül egyszerű maradt. Egyetlen egy olyan fejlődési ágról tudunk, amelynek tagjai más utat választottak.
Ezen kivételes esemény egyszeriségére sokan próbáltak magyarázatot találni. Jelen pillanatban az tűnik a legvalószínűbb elképzelésnek, hogy az eukarióták kialakulása egy véletlennek, egy archea és egy baktérium rendkívül kis esélyű sikeres egyesülésénekköszönhető. A baktériumból alakult ki később a mitokondrium (endoszimbionta elmélet), amely extra energiával látta el az ezt bekebelező archeát, ez utóbbi pedig így képes volt felülemelkedni az addigi fejlődési korlátokon, és mind genetikailag, mind fizikailag összetettebbé válni.
A különös „házasság” egyik résztvevője valószínűsíthetően egy alfaproteobaktérium lehetett, amelynek ma élő képviselői szintén gyakran találják meg az útjukat más sejtekbe. Az archeáról ugyanakkor mostanáig nagyon keveset lehetett tudni, a nem kis részben azért, mivel az ősbaktériumoknak is nevezett egysejtűeket nem sokan tanulmányozták eddig. Ettema és kollégái azonban a rejtély megfejtése érdekében az óceánfenékről vettek mintákat, az üledékes rétegek ugyanis gyakran rejtenek új, korábban nem ismert archeafajokat. Loki kastélya volt az első régió, amelyet megvizsgáltak, és a később Lokiarchaeota (vagy egyszerűen Loki) névre keresztelt archea már az elsőként elemzett mintában is megtalálható volt.
2. oldal
A kutatók a begyűjtött minták alapján egy szinte teljes és két részleges genomot állítottak össze. Magukat az egysejtűeket egyelőre még nem találták meg, tehát pusztán genetikai állományuk töredékei alapján igyekeznek körvonalazni, hogyan is nézhetnek ki az élőlények. A gének pedig arról tanúskodnak, hogy a Lokiarchaeoták olyan tulajdonságokat hordoznak, amelyeket mostanáig csak az eukariótákban leltek fel.
A genom példának okáért öt aktint kódoló gént tartalmaz, amely az eukariótákban a citoszkeleton, vagyis a sejt belső vázának felépítésében játszik kulcsszerepet. Akadnak továbbá olyan génjei is, amelyek fehérjéi képesek kimetszeni a sejtmembrán egy darabkáját, és ebbe becsomagolni az aktuális pillanatban nem kívánatos molekulákat. Ezen kívül rengeteg olyan gén is akad a genomban, amely az eukariótákban úgynevezett GTPáz enzimeket kódol. Ezek egyéb feladataik mellett a citoszkeleton vezérlésében és átszervezésében vesznek részt.
Ettema szerint mindezek alapján igen valószínűnek tűnik, hogy a Loki nevű ősbaktérium dinamikus aktinvázzal rendelkezik. A citoszkeleton a molekulák mozgatásán túl a sejt alakjának fenntartásában és megváltoztatásában is fontos szerepet játszik, amire nagy szükség van más sejtek bekebelezése, vagyis a fagocitózis során. Bár a GTPázok génjeinek jelenléte nem igazolja egyértelműen, hogy ezek a sejtek képesek a fagocitózisra, a genomszakaszok rendkívül meggyőző bizonyítékot jelentenek az elmélet alátámasztására, mondja James MacInerney, a Maynooth Egyetem kutatója.
A felfedezés tehát sok dolgot megmagyarázhat azzal kapcsolatban, hogyan jöhettek létre a két prokarióta domén egy-egy tagjának összeolvadásából az eukarióták. Az egyesülés-teória kritikusainak egyik legfontosabb ellenérve az volt az elmélettel kapcsolatban, hogy a baktérium nem juthatott be az archea belsejébe, mivel ez utóbbi nem képes elnyelni egy teljes sejtet (bár ez ebben a formában nem teljesen igaz, hiszen időről időre előfordulnak hasonló esetek). A másik problematikus pontnak az tűnt, hogy egyik prokarióta sem rendelkezik komolyabb belső vázzal, rejtély volt, hogy honnan származhat az eukarióták citoszkeletonja. Az újonnan felfedezett archea azonban a jelek szerint képes a fagocitózisra, és valamilyen fajta vázzal is rendelkezik, ami egy kicsit közelebb hozhatja a kutatókat ennek a komplex egyesülésnek a megértéséhez.
Annyit persze mindenképpen érdemes leszögezni, hogy a Loki egy modern, ma is létező mikroba, az ugyanakkor könnyen előfordulhat, hogy korai elődei között találjuk az eukarióták őseit is. És ha ez az előd hasonlóan nézett ki, mint a mai archea, a sejtjeink létezését lehetővé tevő egyesülés bekebelezést végző tagja jóval bonyolultabb lehetett, mint azt eddig gondolták a szakértők. Ironikus módon ezzel maga a folyamat jelentősen egyszerűbben képzelhető el: az archeák ezen különös képviselője olyan csodabogár volt, amely messzemenőkig fel volt készülve arra, hogy gazdasejtté váljon, mondja MacInerney.
Nick Lane, a University College London kutatója ugyanakkor kevésbé van meggyőződve a felfedezés jelentőségéről. Véleménye szerint a kutatók által levont következtetések túlságosan el vannak szakadva a valóságtól. A Lokiarchaeota kétségkívül érdekes új tulajdonságokat vonultat fel, de még mindig alig 1 százalékát tette meg az eukariótává válás felé vezető útnak, mondja a szakértő. Ettema ugyanakkor egyáltalán nem állítja azt, hogy megfejtették volna a rejtély minden elemét. Az új archeacsoport révén azonban, ha csak egy kicsivel is, de mintha csökkent volna a távolság a prokarióták és az eukarióták között.
„Korai lenne azt állítani, hogy a mikroba képes a fagocitózisra, de úgy tűnik, hogy rendelkezik az ehhez szükséges génekkel. Lehetséges, hogy éppen azon dolgozik, hogy elsajátítsa ezt a metódust” – mondja Ettema. Annyi tehát mindenképp megállapítható, hogy a mikroba létezése fontos bizonyíték lehet az egyesülés-elmélet mellett, és sokkal valószínűbbé teszi, hogy az eukarióták az archeákból fejlődtek, mint hogy velük párhuzamosan alakultak ki, ahogy a korábbi elméletek állították.
Ettema elsődleges célja, hogy a közeljövőben előkerítse a Lokiarchaeota néhány élő példányát. „Ha látnánk magukat a sejteket, és meg tudnánk nézni, hogy ezek mennyire összetettek, az rengeteget segítene a kérdések megválaszolásában” – mondja a kutató. Eredményeink alig 10 gramm üledéken alapulnak, vagyis nagyon korlátozott mennyiségű anyaggal dolgoztunk, és a jelek szerint az archea nem nagyon akar előbújni az óceáni aljzatból, folytatja Ettema. A szakértő és kollégái ezen túl további területeket is meg akarnak vizsgálni, hiszen az üledékes rétegek rengeteg más ismeretlen egysejtűt is rejthetnek, amelyek talán még a Lokinál is érdekesebbek.
