לפני עשר שנים איש לא ידע שאסגרד ארכאה אפילו היה קיים. אולם בשנת 2015, חוקרים שבדקו משקעים בים עמוק גילו שברי גנים שהצביעו על צורה חדשה של חיידקים חדשים ובלתי חשופים.
בסיוע מחשב, החוקרים הרכיבו שברים אלה כמו חלקי פאזל כדי להרכיב את הגנום כולו. רק אז הם הבינו שהם מתמודדים עם קבוצה של ארכאה לא ידועה בעבר.
בדומה לחיידקים, ארכאה הם אורגניזמים חד-תאיים. עם זאת, גנטית ישנם הבדלים משמעותיים בין שני התחומים, במיוחד ביחס למעטפות התאים שלהם ותהליכים מטבוליים.
לאחר חיפוש נוסף, מיקרוביולוגים זיהו את האורגניזמים המתאימים, תיארו אותם וסווגו אותם כקבוצה תת-ארכאאלית נפרדת: Asgard Archaea. שמם, שנלקח מהתחום השמימי במיתולוגיה הנורדית, מתייחס לתגלית הראשונית שלהם קרוב לטירה של לוקי-מעשן שחור ברכס האמצע האטלנטי בין נורבגיה לסבלברד.
למעשה, Asgard Archaea נראה כמעט נשלח לגן עדן למחקר: הם התבררו כקישור חסר בין ארכאה לאוקריוטות-כלומר בין ארכאה לאורגניזמים שהתאים שלהם מכילים גרעין, כמו צמחים ובעלי חיים.
עץ החיים עם ענף אחד פחות
בשנים האחרונות החוקרים מצאו אינדיקציות הולכות וגוברות לקשרים קרובים בין אסגרד ארכאה לאוקריוטות, וכי יתכן כי האחרון התפתח מהראשון. החלוקה של כל האורגניזמים החיים לשלושת התחומים של החיידקים, ארכאה ואוקריוטות לא העלו את התגלית המפתיעה הזו.
חלק מהחוקרים הציעו מאז בנוגע לאוקריוטות כקבוצה בתוך Asgard Archaea. זה יפחית את מספר תחומי החיים משלושה לשניים: ארכאה, כולל אוקריוטות, וחיידקים.
ב- ETH ציריך, פרופסור מרטין פילופר וצוותו מוקסמים מאסגרד ארכאה ובדקו את החיידקים המסתוריים מזה מספר שנים.
במאמר שפורסם ב טֶבַע לפני שנתיים בחנו חוקרי ה- ETH פרטים על המבנה הסלולרי והארכיטקטורה של Lokiarchaeum Ossiferumו מקורו במשקעים של תעלת מים מליחה בסלובניה, ארכיאון אסגרד זה מבודד על ידי חוקרים במעבדת כריסטה שלפר באוניברסיטת וינה.
במחקר זה, פילופר וחוקריו הפוסט -דוקטורט ג'ינגווי שו ופלוריאן וולוובר הדגימו זאת Lokiarchaeum Ossiferum בעל מבנים מסוימים האופייניים גם לאוקריוטים. "מצאנו חלבון אקטין באותו מין שנראה דומה מאוד לחלבון שנמצא באוקריוטות – ומתרחש כמעט בכל אסגרד ארכאה שהתגלה עד כה", אומר פילופר.
במחקר הראשון, החוקרים שילבו טכניקות מיקרוסקופיה שונות כדי להמחיש כי חלבון זה-המכונה לוקיקטין-יוצר מבנים נימה, במיוחד בבליטות דמויי זרם הרבות של החיידקים. "נראה שהם יוצרים את השלד לארכיטקטורת התא המורכבת של Asgard Archaea", מוסיף פלוריאן וולוובר.
בנוסף לחוטים של אקטין, גם אוקריוטות מחזיקות במיקרו -צינורות. מבנים בצורת צינור אלה הם מרכיב המפתח השני בציטוס שלד והם מורכבים מחלבוני טובולין רבים. הצינורות הזעירים הללו חשובים לתהליכי הובלה בתוך תא והפרדת הכרומוזומים במהלך חלוקת תאים
מקורן של מיקרו -צינורות אלה לא היה ברור – עד עכשיו. במאמר שפורסם לאחרונה ב תָא חוקרי ה- ETH גילו מבנים קשורים בארכאה אסגרד ותארו את מבנהם. ניסויים אלה מראים כי טובולינים אסגרד יוצרים מיקרו -צינורות דומים מאוד, אם כי קטנים יותר מאלו בקרובי משפחתם האוקריוטיים.
עם זאת, רק מעטים Lokiarchaeum תאים יוצרים מיקרו -צינורות אלה. ובניגוד לאקטין, חלבוני טובולין אלה מופיעים רק במינים מעטים מאוד של Asgard Archaea.
מדענים עדיין לא מבינים מדוע טובולינים מופיעים לעתים רחוקות כל כך בלוקיארצ'אה, או מדוע הם נחוצים על ידי תאים. באוקריוטות, חסרת המיקרו אחראית לתהליכי הובלה בתוך התא. במקרים מסוימים, חלבונים מוטוריים "הולכים לאורך הצינורות האלה. חוקרי ה- ETH טרם צפו בחלבונים מוטוריים כאלה בארכאה אסגרד.
"עם זאת, הראינו שהצינורות שנוצרו מהטובולינים הללו צומחים בקצה אחד. לפיכך אנו חושדים שהם מבצעים פונקציות תחבורה דומות כמו המיקרו-צינורות באוקריוטות", אומר ג'ינגווי שו, המחבר הראשון של האוקריוטות. תָא לִלמוֹד. הוא ייצר את הצינורות בתרבית תאים עם תאי חרקים ובחן את מבנהם.
חוקרים מתחומי המיקרוביולוגיה, ביוכימיה, ביולוגיה תאים וביולוגיה מבנית שיתפו פעולה מקרוב במחקר. "לעולם לא היינו מתקדמים עד כה בלי גישה בין -תחומית זו", מדגיש פילופר במידת גאווה.
האם הציטוס שלד היה חיוני להתפתחות החיים המורכבים? בעוד ששאלות מסוימות נותרות ללא מענה, החוקרים בטוחים כי הציטוס שלד היה צעד חשוב בהתפתחות האוקריוטות.
שלב זה יכול היה להתרחש לפני עונונים, כאשר ארכיאון אסגרד שגר את חיידק עם הנספחים שלו. במהלך האבולוציה, חיידק זה התפתח למיטוכונדריון, המשמש כמעצמה של תאים מודרניים. עם הזמן התפתחו הגרעין ותאים אחרים – והתא האוקריוטי נולד.
"ציטוס שלד מדהים זה היה ככל הנראה בתחילת התפתחות זו. זה יכול היה לאפשר לאסגרד ארכאה ליצור נספחים, ובכך לאפשר להם לקיים אינטראקציה ואז לתפוס ולבלוט חיידק", אומר פילופר.
לדוג ארכאה של אסגרד
פילופר ועמיתיו מתכננים כעת להפנות את תשומת ליבם לתפקודם של חוטי אקטין וטובולין ארכאיאלי יחד עם המיקרו -צינורות שהתקבלו.
הם גם שואפים לזהות את החלבונים שגילו החוקרים על פני החיידקים הללו. פילופר מקווה שהצוות שלו יוכל לפתח נוגדנים המותאמים במדויק לחלבונים אלה. זה יאפשר לחוקרים "לדוג" במיוחד עבור Asgard Archaea בתרבויות מיקרו מעורבות.
"עדיין יש לנו הרבה שאלות שלא נענו על Asgard Archaea, במיוחד ביחס לקשר שלהן לאוקריוטות ולביולוגיה התאים הלא שגרתית שלהם", אומר פילופר. "מעקב אחר סודות החיידקים האלה מרתק."
