قدم التصوير المقطعي بالإلكترون بالتبريد نظرة ثاقبة على الهيكل الخلوي لعثماني أسكارد المستزرع حديثًا الموضح هنا. اللافت للنظر هي خيوط الهيكل الخلوي الأكتينية الواسعة (البرتقالية) في أجسام الخلايا ونتوءات الخلايا ، بالإضافة إلى غلاف الخلية الفريد (الأزرق). الائتمان: © Margot Riggi ، The Animation Lab ، جامعة يوتا
باحثون في جامعة فيينا و ETH Zurich يزرعون كائنًا دقيقًا « الحلقة المفقودة ».
ما الذي أدى إلى ظهور الكائنات الحية المعقدة على الأرض؟ إنه سؤال مهم بلا إجابة في علم الأحياء. باحثون من فريق Christa Schleper في جامعة فيينا وفريق Martin Pilhofer في ETH زيورخ اتخذت خطوة نحو حلها. نجح العلماء في زراعة أثر خاص وتوصيفه بدقة أكبر باستخدام الأساليب المجهرية.
يُظهر هذا العضو من عتائق Asgard خصائص خلوية فريدة وقد يمثل « رابطًا مفقودًا » تطوريًا لأشكال الحياة الأكثر تعقيدًا مثل الحيوانات والنباتات. نُشرت الدراسة مؤخرًا في المجلة طبيعة سجية.
تنقسم جميع أشكال الحياة على الأرض إلى ثلاثة مجالات رئيسية: حقيقيات النوى والبكتيريا والعتائق. تشمل حقيقيات النوى مجموعات الحيوانات والنباتات والفطريات. عادة ما تكون خلاياها أكبر بكثير وأكثر تعقيدًا للوهلة الأولى من خلايا البكتيريا والعتائق. على سبيل المثال ، يتم تغليف المادة الوراثية لحقيقيات النوى في نواة الخلية ، كما تحتوي الخلايا أيضًا على عدد كبير من الأجزاء الأخرى. يعتمد شكل الخلية والنقل داخل الخلية حقيقية النواة أيضًا على هيكل خلوي واسع النطاق. ولكن كيف حدثت القفزة التطورية لمثل هذه الخلايا حقيقية النواة المعقدة؟
تفترض إحدى النظريات التطورية الأكثر شيوعًا حاليًا أن حقيقيات النوى (بما في ذلك الحيوانات والنباتات والفطريات) نشأت من اندماج آركون أسكارد مع بكتيريا. مصدر الصورة: Florian Wollweber، ETH Zürich
تفترض معظم النماذج الحالية أن العتائق والبكتيريا لعبت دورًا رئيسيًا في تطور حقيقيات النوى. يُعتقد أن الخلية البدائية حقيقية النواة قد تطورت من تكافل وثيق بين العتائق والبكتيريا منذ حوالي ملياري سنة. في عام 2015 ، اكتشفت الدراسات الجينومية لعينات بيئية في أعماق البحار مجموعة ما يسمى بالعتائق Asgard ، والتي تمثل في شجرة الحياة أقرب الأقارب من حقيقيات النوى. تم نشر الصور الأولى لخلايا Asgard في عام 2020 من ثقافات تخصيب من قبل مجموعة يابانية.
عتائق Asgard المزروعة من الرواسب البحرية
نجحت الآن مجموعة عمل Christa Schleper في جامعة فيينا لأول مرة في تكوين ممثل لهذه المجموعة بتركيزات أعلى. يأتي من الرواسب البحرية على ساحل بيران ، سلوفينيا ، ولكنه أيضًا من سكان فيينا ، على سبيل المثال في رواسب ضفة نهر الدانوب. نظرًا لنموها إلى كثافة الخلايا العالية ، يمكن دراسة هذا الممثل جيدًا بشكل خاص. يقول تياجو رودريغيز-أوليفيرا ، باحث ما بعد الدكتوراة في مجموعة عمل Archaea في جامعة فيينا وأحد المؤلفين الأوائل للدراسة: « لقد كان الحصول على هذا الكائن الحي شديد الحساسية في ثقافة مستقرة في المختبر أمرًا صعبًا وشاقًا للغاية ».
المؤلف المشارك الأول رافائيل بونس أخذ عينات من الرواسب البحرية في قناة سيكا في بيران ، سلوفينيا. الائتمان: © Thiago Rodrigues-Oliveira ، Univ. فيينا
عتائق Asgard لها شكل خلية معقد بهيكل خلوي واسع النطاق
النجاح الملحوظ لمجموعة فيينا في زراعة ممثل Asgard عالي التخصيب سمح أخيرًا بإجراء فحص أكثر تفصيلاً للخلايا عن طريق الفحص المجهري. استخدم باحثو ETH في مجموعة Martin Pilhofer مجهر إلكتروني حديث للتبريد لالتقاط صور لخلايا مجمدة بالصدمات. يوضح بيلهوفر: « تتيح هذه الطريقة رؤية ثلاثية الأبعاد في الهياكل الخلوية الداخلية ».
مسح صورة مجهرية إلكترونية لخلية Lokiarchaeum ossiferum تُظهر نتوءات الخلية الطويلة والمعقدة. الائتمان: © Thiago Rodrigues-Oliveira ، Univ. فيينا
تتكون الخلايا من أجسام خلوية مستديرة ذات امتدادات خلايا رفيعة وطويلة جدًا في بعض الأحيان. يقول فلوريان وولويبر ، الذي قضى شهورًا في تعقب الخلايا تحت المجهر ، « يبدو أن هذه الهياكل الشبيهة بالمخالب تصل أحيانًا أجسام خلوية مختلفة مع بعضها البعض ». تحتوي الخلايا أيضًا على شبكة واسعة من خيوط الأكتين التي يُعتقد أنها فريدة من نوعها للخلايا حقيقية النواة. يشير هذا إلى أن الهياكل الهيكلية الخلوية الواسعة نشأت في العتائق قبل ظهور أول حقيقيات النوى وتغذي النظريات التطورية حول هذا الحدث المهم والمذهل في تاريخ الحياة.
رؤى مستقبلية من خلال الكائن النموذجي الجديد
« كائننا الجديد ، المسمى Lokiarchaeum ossiferum ، لديه إمكانات كبيرة لتوفير مزيد من الرؤى الرائدة في التطور المبكر لحقيقيات النوى ، » علق عالمة الأحياء الدقيقة كريستا شليبر. « لقد استغرق الأمر ست سنوات طويلة للحصول على ثقافة مستقرة وعالية التخصيب ، ولكن يمكننا الآن استخدام هذه التجربة لإجراء العديد من الدراسات البيوكيميائية ولزراعة عتائق Asgard الأخرى أيضًا. » بالإضافة إلى ذلك ، يمكن للعلماء الآن استخدام طرق التصوير الجديدة التي تم تطويرها في ETH للتحقيق ، على سبيل المثال ، في التفاعلات الوثيقة بين Asgard archaea وشركائهم من البكتيريا. يمكن أيضًا دراسة العمليات البيولوجية للخلية الأساسية مثل انقسام الخلايا في المستقبل من أجل تسليط الضوء على الأصل التطوري لهذه الآليات في حقيقيات النوى.
المرجع: « هيكل خلوي أكتين وهندسة خلوية معقدة في آركون أسكارد » بقلم تياجو رودريغيز-أوليفيرا وفلوريان وولويبر ورافائيل آي بونس توليدو وجينجوي زو وسيمون ك.- إم آر ريتمان وأندرياس كلينجل ومارتن بيلهوفر وكريستا شليبر ، 21 عامًا كانون الأول (ديسمبر) 2022 ، طبيعة سجية.
DOI: 10.1038 / s41586-022-05550-y
