Η ιστορία της ζωής στον πλανήτη μπορεί να ξεκίνησε με μικροσκοπικούς οργανισμούς, όμως η μετάβαση από την απλή μικροβιακή ύπαρξη στις σύνθετες μορφές ζωής παραμένει ένα από τα μεγαλύτερα επιστημονικά αινίγματα. Νέα ερευνητικά δεδομένα φέρνουν τους επιστήμονες πιο κοντά στην κατανόηση αυτού του εξελικτικού άλματος, φωτίζοντας τον ρόλο αρχαίων μικροβίων που ίσως αποτέλεσαν τους πρώτους προγόνους των ευκαρυωτικών οργανισμών.

Οι ερευνητές εκτιμούν ότι καθοριστικό στοιχείο σε αυτή τη μετάβαση μπορεί να ήταν η προσαρμογή ορισμένων αρχαίων μικροβίων στην παρουσία οξυγόνου στο περιβάλλον της Γης πριν από δισεκατομμύρια χρόνια.

Η άνοδος του οξυγόνου και η εμφάνιση της σύνθετης ζωής

Οι άνθρωποι, όπως και τα φυτά, τα ζώα και οι μύκητες, ανήκουν στους ευκαρυώτες — οργανισμούς των οποίων τα κύτταρα διαθέτουν πυρήνα που περιέχει το DNA καθώς και εξειδικευμένα οργανίδια, όπως τα μιτοχόνδρια που παράγουν ενέργεια.

Η εμφάνιση αυτών των σύνθετων κυττάρων συνδέεται χρονικά με μια σημαντική αλλαγή στη γεωλογική ιστορία της Γης. Μεταξύ 2,4 και 2,1 δισεκατομμυρίων ετών πριν, τα επίπεδα οξυγόνου στην ατμόσφαιρα αυξήθηκαν δραματικά σε ένα γεγονός γνωστό ως Μεγάλο Οξειδωτικό Γεγονός.

Λίγο αργότερα εμφανίζονται τα πρώτα απολιθώματα που αποδίδονται σε ευκαρυώτες, γεγονός που υποδηλώνει ότι η παρουσία οξυγόνου ίσως αποτέλεσε βασικό παράγοντα για την εμφάνιση πιο σύνθετων μορφών ζωής.

Τα μικρόβια Asgard και ο «χαμένος κρίκος» της εξέλιξης

Πολλοί επιστήμονες θεωρούν ότι οι ευκαρυώτες προέκυψαν από τη συγχώνευση δύο διαφορετικών τύπων μικροβίων. Ένα από αυτά τα μικρόβια ανήκει σε μια ομάδα αρχαίων οργανισμών που ονομάζονται Asgard archaea.

Μέχρι πρόσφατα, τα μικρόβια αυτά είχαν εντοπιστεί κυρίως σε περιβάλλοντα χωρίς οξυγόνο, όπως οι υδροθερμικές πηγές στον πυθμένα των ωκεανών. Αυτό δημιουργούσε ένα παράδοξο: πώς θα μπορούσαν να συνυπάρξουν με μικρόβια που βασίζονται στο οξυγόνο για να επιβιώσουν;

Νέα γενετική ανάλυση αποκάλυψε όμως ότι ορισμένες άγνωστες μέχρι σήμερα γενεαλογικές γραμμές των Asgard εντοπίζονται σε ρηχά παράκτια ιζήματα, όπου υπάρχουν μικρές ποσότητες οξυγόνου. Μερικά από αυτά φαίνεται ότι μπορούν όχι μόνο να ανεχθούν το οξυγόνο αλλά και να το χρησιμοποιούν στον μεταβολισμό τους.

Σύμφωνα με τον θαλάσσιο βιολόγο Μπρετ Μπέικερ από το Πανεπιστήμιο του Τέξας στο Όστιν, το στοιχείο αυτό ταιριάζει με την υπόθεση ότι τα μικρόβια αυτά προσαρμόστηκαν σταδιακά σε ένα περιβάλλον πλούσιο σε οξυγόνο και απέκτησαν ενεργειακό πλεονέκτημα.

Ένα μικρόβιο με μυθολογική προέλευση

Τα Asgard archaea πήραν το όνομά τους από το Άσγκαρντ, την ουράνια κατοικία των θεών της σκανδιναβικής μυθολογίας.

Η πρώτη ομάδα τους ανακαλύφθηκε το 2015 κοντά σε ένα υποθαλάσσιο ηφαίστειο στον Βόρειο Ατλαντικό, σε μια περιοχή γνωστή ως «Κάστρο του Λόκι». Το μικρόβιο που εντοπίστηκε εκεί ονομάστηκε Lokiarchaeota.

Από τότε οι επιστήμονες έχουν ανακαλύψει και άλλες συγγενικές ομάδες, πολλές από τις οποίες φέρουν επίσης ονόματα εμπνευσμένα από θεότητες της σκανδιναβικής μυθολογίας.

Σε σύγκριση με άλλες ομάδες μικροβίων, τα Asgard παρουσιάζουν γενετικές ομοιότητες με τους ευκαρυώτες και περιέχουν γονίδια που μέχρι πρόσφατα θεωρούνταν αποκλειστικό χαρακτηριστικό των πιο σύνθετων μορφών ζωής.

Για τον λόγο αυτό θεωρούνται από πολλούς ερευνητές ένας πιθανός «χαμένος κρίκος» στην εξελικτική αλυσίδα που συνδέει τη μονοκύτταρη ζωή με τους πολύπλοκους οργανισμούς.

Η γενετική ανάλυση και ο ρόλος της τεχνητής νοημοσύνης

Για να κατανοήσουν καλύτερα τις μεταβολικές δυνατότητες των μικροβίων Asgard, οι επιστήμονες πραγματοποίησαν εκτεταμένη αλληλούχηση DNA από δείγματα που συλλέχθηκαν τόσο από βαθιές υδροθερμικές πηγές όσο και από παράκτιες περιοχές.

Η ανάλυση αποκάλυψε εκατοντάδες άγνωστα μέχρι σήμερα γονιδιώματα και επέτρεψε στους ερευνητές να δημιουργήσουν ένα εξελικτικό «δέντρο ζωής» για τα μικρόβια αυτά.

Κατά τη διαδικασία αυτή εντοπίστηκαν νέες ομάδες πρωτεϊνών που μοιάζουν με εκείνες που χρησιμοποιούν οι ευκαρυώτες για την παραγωγή ενέργειας και τον μεταβολισμό του οξυγόνου.

Ένα σύστημα τεχνητής νοημοσύνης χρησιμοποιήθηκε για να αναλύσει τον τρόπο με τον οποίο αυτές οι πρωτεΐνες διπλώνονται σε τρισδιάστατες δομές — μια διαδικασία που καθορίζει τη λειτουργία τους.

Η ανακάλυψη αυτή ενισχύει την υπόθεση ότι ορισμένα αρχαία μικρόβια Asgard είχαν ήδη αναπτύξει μηχανισμούς αξιοποίησης του οξυγόνου πριν από την εμφάνιση των πρώτων ευκαρυωτικών κυττάρων.

Πιο κοντά στην κατανόηση της προέλευσής μας

Για δεκαετίες οι επιστήμονες πίστευαν ότι ο πρόγονος της σύνθετης ζωής ήταν ένας απλός μικροοργανισμός που ζούσε σε περιβάλλοντα χωρίς οξυγόνο και απέκτησε αυτή την ικανότητα μόνο αφού συνδέθηκε με ένα βακτήριο — μια διαδικασία που οδήγησε στη δημιουργία των μιτοχονδρίων.

Τα νέα ευρήματα όμως υποδηλώνουν ότι ορισμένα μικρόβια Asgard ίσως είχαν ήδη προσαρμοστεί στην παρουσία οξυγόνου πριν από αυτή τη συμβίωση.

Αν αυτό ισχύει, τότε τα βασικά βιολογικά εργαλεία για την αξιοποίηση του οξυγόνου υπήρχαν ήδη πριν από τη γέννηση των ευκαρυωτών.

Οι επιστήμονες εκτιμούν ότι μέσα στην επόμενη δεκαετία μπορεί να καταφέρουν να καλλιεργήσουν μικρόβια Asgard στο εργαστήριο και να παρακολουθήσουν τη διαδικασία ευκαρυογένεσης — δηλαδή τη μετάβαση από τα απλά μικροβιακά κύτταρα στα σύνθετα κύτταρα που χαρακτηρίζουν τη ζωή όπως τη γνωρίζουμε.

Αν επιβεβαιωθεί αυτή η θεωρία, θα φέρει την επιστήμη πιο κοντά από ποτέ στην κατανόηση του πώς προέκυψε η σύνθετη ζωή στη Γη  και τελικά πώς εμφανίστηκε και ο ίδιος ο άνθρωπος.

Διαβάστε ακόμη

Αριστοτέλης Ωνάσης: Οι 15 ατάκες της ζωής του

Κρίση στη Μέση Ανατολή: Πληθωρισμός, ενέργεια και το δίλημμα της ΕΚΤ για τα επιτόκια

Escape Rooms: Γιατί η Ελλάδα θεωρείται κορυφαία στον κόσμο

Για όλες τις υπόλοιπες ειδήσεις της επικαιρότητας μπορείτε να επισκεφτείτε το Πρώτο Θέμα