W skrócie
- Archeony z grupy Asgard pomagają zrozumieć ewolucję eukariotów, dostarczając dowodów na proces endosymbiozy sprzed 2 miliardów lat, w wyniku którego powstały złożone komórki.
- Badania wykazały, że archeony posiadają zaawansowane struktury komórkowe, takie jak szkielet białkowy i wypustki, uważane wcześniej za wyłączną domenę eukariotów.
- Hodowla archeonów Asgard jest niezwykle trudna, ponieważ te wolno rosnące organizmy wymagają długiego czasu namnażania oraz specjalistycznych warunków laboratoryjnych.
- Więcej podobnych informacji znajdziesz na stronie głównej serwisu, otwiera się w nowym oknie
Tajemnicze archeony rzucają nowe światło na początki życia
W czerwcowe dni Emily Aguilar-Pine pokonała trasę 2,5 tys. kilometrów z Bozeman w stanie Montana do Austin w stanie Teksas. Badaczka przewiozła na tylnym siedzeniu samochodu jeden z najbardziej poszukiwanych organizmów w mikrobiologii. Wewnątrz zabezpieczonego opakowania, opisanego jako "nadzieje i marzenia", znajdowała się mała butelka z około 30 ml przezroczystego płynu. Zawierała ona mikroskopijne organizmy z grupy Asgard archea, nazwane tak na cześć krainy nordyckich bogów. Przez całą podróż, w tym podczas noclegów w hotelach, organizm nazywany potocznie "Skadi" (co stanowi skrót od proponowanej nazwy Skadiarchaeum cthulhuensis) pozostawał pod ścisłą opieką naukowczyni.
Odkrycie archeonów Asgard nastąpiło w 2015 r. dzięki analizie DNA pozyskanego z osadów na dnie Północnego Atlantyku. Znalezisko to fundamentalnie zmieniło postrzeganie ewolucji eukariotów, czyli złożonych organizmów obejmujących rośliny, zwierzęta, grzyby, otwiera się w nowym oknie i protisty. Choć naukowcy od dawna wiedzieli, że komórki eukariotyczne wywodzą się od prostszych prokariontów, dopiero badania genetyczne Asgardów wykazały, że to właśnie ta linia jest bezpośrednim przodkiem wszystkich złożonych form życia. Większość współczesnych badaczy przychyla się obecnie do modelu, w którym na Ziemi istnieją tylko dwie główne domeny życia - bakterie i archeony - a eukarioty stanowią jedynie odgałęzienie tej ostatniej.
Dotychczasowa wiedza o Asgardach opierała się niemal wyłącznie na sekwencjonowaniu materiału genetycznego z próbówek środowiskowych. Choć tą metodą zidentyfikowano setki gatunków w najróżniejszych ekosystemach na świecie, ich znikoma liczebność w naturze utrudniała ich wyizolowanie. Dopiero wytrwałe prace laboratoryjne pozwoliły na stworzenie stabilnych hodowli pozwalających na obserwację żywych komórek pod mikroskopem.
Pierwsze udane próby hodowlane zaprezentowano w 2020 r. i 2022 r., a od początku 2025 r. opisano cztery kolejne. W laboratoriach rozwijane są też niepublikowane jeszcze kultury, w tym wspomniana Skadi, którą Aguilar-Pine przejęła od doktoranta Stavrosa Trimmera z Montana State University. Proces namnażania tych wolno rosnących mikrobów wymaga lat cierpliwości, jednak naukowcy uważają ten trud za opłacalny. "Asgardy to zdecydowanie najciekawsza rzecz, jaka przytrafiła się mikrobiologii w ciągu ostatnich 30-40 lat" - powiedział mikrobiolog Paul Carini z University of Arizona.
Zobacz również:
Symbiogeneza. Organizmy komórkowe ewoluowały w niespodziewany sposób
Pojawienie się jądra komórkowego i wyspecjalizowanych narządów otoczonych błonami stworzyło zupełnie nowe możliwości ewolucyjne. Oddzielenie materiału genetycznego ułatwiło kontrolowanie ekspresji genów, wewnętrzne przedziały umożliwiły jednoczesne wykonywanie wielu zadań, a mitochondria dostarczyły ogromnych zasobów energii w procesie oddychania tlenowego. Dzięki tym zmianom komórki mogły osiągać większe rozmiary, tworzyć organizmy wielokomórkowe i rozmnażać się płciowo.
Podział na prokarionty i eukarioty nastąpił około 2 mld lat temu, gdy pierwotny archeon z grupy Asgard pochłonął wolno żyjącą bakterię. Na drodze endosymbiozy mikroorganizmy te nawiązały współpracę, a bakteria przekształciła się z czasem w mitochondrium. Wydarzenie to zbiegło się z gwałtownym wzrostem stężenia tlenu w oceanach i atmosferze Ziemi, co dało przewagę organizmom zdolnym do jego wykorzystania.
Szerzej opisuje to teoria endosymbiozy (symbiogeneza), która wyjaśnia powstawanie złożonych komórek eukariotycznych poprzez wchłonięcie prostych prokariontów (bakterii) przez inne organizmy. Zamiast zostać strawione, wchłonięte bakterie żyły wewnątrz gospodarzy i z czasem przekształciły się w wyspecjalizowane narządy komórkowe (organella). Choć może brzmieć to zaskakująco, również organizm człowieka stanowi rodzaj dużo bardziej złożonej - nomen omen - organizacji. Nie tylko jesteśmy organizmami wielokomórkowymi, ale wewnątrz nas żyją miliardy bakterii. W samych tylko jelitach żyje ich ok. 1,5 kg, a tworzona przez nie mikrobiota ma decydujący wpływ na nasze funkcjonowanie. Bez tych mikrobów człowiek nie byłby w stanie przeżyć w normalnych warunkach.
Wróćmy jednak do wspomnianej symbiogenezy. Mechanizmy, które doprowadziły do tego połączenia i fizycznego wchłonięcia partnera, wciąż pozostają tajemnicą. Sekwencjonowanie genetyczne wykazało jednak, że przed tym zdarzeniem archeony Asgard posiadały już białka uważane wcześniej za unikalne dla eukariotów. Kodują one m.in. elementy dynamicznego szkieletu komórkowego, który umożliwia ruch i zmianę kształtu, a także systemy transportu pęcherzykowego i przebudowy błon komórkowych.
Asgardy mają wypustki do poruszania się i chwytania partnerów
Hodowle laboratoryjne pozwoliły zbadać struktury komórkowe Asgardów, w tym wyjątkowe wypustki przypominające czułki lub gałęzie. Po raz pierwszy zaobserwowali je badacze Hiroyuki Imachi i Masaru Nobu z japońskiej agencji JAMSTEC po wielu latach prowadzenia hodowli mikrobiologicznej. Początkowo sądzono, że to zanieczyszczenie próbki, lecz dalsze analizy potwierdziły autentyczność tych struktur. W 2020 r. opisali oni gatunek Promethearchaeum syntrophicum, funkcjonujący w ścisłej kooperacji z archeonem produkującym metan.
Kolejna hodowla z 2022 r., prowadzona przez zespół Christi Schleper z Uniwersytetu Wiedeńskiego, ujawniła komórki Lokiarchaeum ossiferum. Wykorzystując zaawansowane obrazowanie, naukowcy dostrzegli brak sztywnej ściany komórkowej i obecność szkieletu opartego na białkach aktynowych oraz mikrotubulach. "Te komórki nie przypominały niczego, co kiedykolwiek widziałem" - skomentował Martin Pilhofer, mikrobiolog z ETH w Zurychu.
Zastosowanie podglądu mikroskopowego w czasie rzeczywistym pod koniec 2025 r. pozwoliło zaobserwować Asgardy w ruchu. Gatunki L. ossiferum oraz Margulisarchaeum peptidophilum poruszają się poprzez przebudowę swojego szkieletu komórkowego wewnątrz wypustek, a zablokowanie białek aktynowych całkowicie zatrzymuje ich przemieszczanie. Z kolei badania nad Flexarchaeum multiprotrusionis wykazały, że wypustki służą również do fizycznego owijania się wokół partnerów metabolicznych i podtrzymywania z nimi kontaktu.
Kształt tych struktur wspiera hipotezę tzw. modelu "inside-out", zaproponowanego w 2014 r. przez kuzynów Buzza Bauma i Davida Bauma. Zakłada ona, że praarcheon nie wchłonął bakterii poprzez zapadnięcie się błony, lecz stopniowo otoczył ją swoimi rozrastającymi się wypustkami. Dodatkowo u gatunku Nerearchaeum marumarumayae zaobserwowano łańcuchy pęcherzyków na zewnątrz komórek, a w hodowlach z grupy Heimdallarchaeia odkryto złożone struktury wewnętrzne. "To prawdopodobnie najwspanialsze odkrycie, jakiego dokonało moje laboratorium" - ocenił Buzz Baum.
Zobacz również:
Niezwykle wymagająca hodowla archeonów
Prowadzenie badań nad archeonami wymaga wyjątkowej cierpliwości. W przeciwieństwie do popularnych bakterii E. coli, których dużą masę uzyskuje się w kilkanaście godzin, przyrost Asgardów mierzy się w miesiącach. Wyhodowany w Bozeman szczep Skadi potrzebował aż 193 dni na pierwsze udane przeniesienie na nowe podłoże, a kolejne próby zajmowały 173 i 90 dni.
Dodatkowym wyzwaniem jest fakt, że Asgardy są beztlenowcami, rosną do niskich gęstości i łatwo przywierają do powierzchni. Obecnie większość stabilnych linii to kultury wielogatunkowe, co komplikuje ich przechowywanie w oficjalnych repozytoriach biologicznych. Tylko nieliczne banki tkanek są w stanie przyjmować i utrzymywać mikroorganizmy o tak skomplikowanych wymaganiach życiowych.
Kwestią do rozstrzygnięcia pozostaje także stosunek przodków eukariotów do tlenu. Współczesne mikroby z grupy Heimdallarchaeia posiadają geny związane z transportem tlenu i produkcją ATP, a M. peptidophilum wykazuje pewną tolerancję na tlen w obecności odpowiednich partnerów. Dokładne ustalenie momentu wykształcenia tych cech wymaga pozyskania kolejnych żywych kultur.
W środowisku naukowym rośnie potrzeba wypracowania standaryzowanego modelu badawczego, który umożliwi powtarzalność eksperymentów w różnych ośrodkach. Część badaczy nieodpłatnie przekazuje swoje szczepy i dzieli się wiedzą, aby przyspieszyć badania nad tymi niezwykłymi organizmami. "Im więcej rąk zajmie się tą hodowlą, tym więcej osób znajdzie wskazówki i triki ułatwiające jej prowadzenie" - podsumował Trimmer.
Zobacz również:
Quill E. These bizarre, much-coveted microbes are revealing the origins of complex life. Nature 657, 587-589 (2026). DOI: 10.1038/d41586-026-02849-y
