ده سال پیش، جامعه علمی هیچ تصوری از وجود گروه شگفت‌انگیزی از میکروب‌ها به نام آرکیای آسگارد نداشت.
این وضعیت در سال ۲۰۱۵ تغییر کرد، زمانی که محققان در حال مطالعه رسوبات اعماق دریا، به قطعات ژنی ناشناخته‌ای برخوردند. با کمک نرم‌افزارهای رایانه‌ای، این قطعات را کنار هم قرار دادند و به کشف چیزی کاملاً جدید دست یافتند: گروهی از میکروب‌ها که پیش‌تر ناشناخته بودند.
این میکروب‌ها بخشی از گروهی از موجودات به نام آرکیا هستند؛ موجوداتی تک‌سلولی که از نظر ساختاری به باکتری‌ها شباهت دارند اما از نظر ژنتیکی کاملاً متفاوت هستند.
آرکیا از چندین جنبه مهم با باکتری‌ها تفاوت دارند، از جمله در نحوه ساخت پوشش سلولی و فرآیندهای تولید انرژی.
این گروه تازه شناسایی‌شده به قدری منحصربهفرد بود که دانشمندان دسته‌ای جدید برای آن تعریف کردند: آرکیای آسگارد.
نام آن، که از اساطیر نورس الهام گرفته شده است، به دلیل کشف اولیه آن در نزدیکی قلعه لوکی، یک دهانه گرمابی در اقیانوس اطلس میانی، انتخاب شد.
از میکروب‌های کوچک تا حیات پیچیده
آنچه این کشف را هیجان‌انگیزتر کرد، این بود که آرکیای آسگارد ممکن است نزدیک‌ترین خویشاوندان زنده یوکاریوت‌ها باشند؛ یوکاریوت‌ها شامل موجوداتی مانند انسان‌ها، حیوانات و گیاهان هستند که سلول‌های آن‌ها هسته دارند.
این یافته، مدل قدیمی سه‌گانه حیات که شامل باکتری‌ها، آرکیا و یوکاریوت‌ها بود را به چالش کشید. برخی از دانشمندان اکنون معتقدند که یوکاریوت‌ها ممکن است از درون آرکیای آسگارد تکامل یافته باشند. اگر این فرضیه درست باشد، ممکن است درخت حیات تنها شامل دو شاخه اصلی باشد: آرکیا (شامل یوکاریوت‌ها) و باکتری‌ها.
در مؤسسه فناوری زوریخ (ETH Zurich)، دانشمندان سال‌هاست که در حال مطالعه این میکروب‌ها هستند. در یک مطالعه در سال ۲۰۲۲، پژوهشگران روی گونه‌ای از آرکیای آسگارد تمرکز کردند که در رسوبات کانالی آب شور در اسلوونی یافت شده و Lokiarchaeum ossiferum نام دارد.
این گونه توسط تیمی از دانشگاه وین جداسازی شد. آن‌ها دریافتند که Lokiarchaeum ossiferum دارای ویژگی‌هایی مشابه سلول‌های یوکاریوتی است.
“ما در این گونه، پروتئینی از خانواده اکتین پیدا کردیم که شباهت زیادی به پروتئین موجود در یوکاریوت‌ها دارد – و تقریباً در تمام گونه‌های آرکیای آسگارد که تاکنون کشف شده‌اند، وجود دارد.”
پروفسور مارتین پیل‌هوفر
اسکلت زائده‌های رشته‌ای
برای بررسی دقیق‌تر، محققان از انواع میکروسکوپ‌های پیشرفته استفاده کردند. آن‌ها دریافتند که این پروتئین اکتین، که “Lokiactin” نامیده شد، رشته‌های بلند و نازکی تشکیل می‌دهد که به‌ویژه در زائده‌های رشته‌ای این میکروب‌ها قابل مشاهده است.
“به نظر می‌رسد که این رشته‌ها، اسکلت معماری پیچیده سلولی آرکیای آسگارد را تشکیل می‌دهند.”
فلوریان وُلوه‌بر
سلول‌های یوکاریوتی علاوه بر رشته‌های اکتین، دارای ساختارهایی به نام میکروتوبول‌ها هستند که از پروتئین‌هایی به نام توبولین ساخته می‌شوند. میکروتوبول‌ها در جابجایی مواد داخل سلول و تقسیم سلولی نقش کلیدی دارند.
برای مدت‌ها، دانشمندان نمی‌دانستند که میکروتوبول‌ها از کجا سرچشمه گرفته‌اند. اما اکنون، ممکن است این معما در حال حل شدن باشد.
تیم ETH زوریخ، ساختارهای مشابهی را در آرکیای آسگارد پیدا کرد. با اینکه نسخه‌های آرکیایی کوچک‌تر هستند، اما شباهت‌های قابل‌توجهی با میکروتوبول‌های یوکاریوتی دارند.
ساختارهای نادر اما مهم
جالب اینجاست که تنها تعداد کمی از سلول‌های Lokiarchaeum، این ساختارهای شبیه به میکروتوبول را تولید کردند.
برخلاف پروتئین‌های اکتین که در همه نمونه‌های آسگارد یافت می‌شوند، پروتئین‌های توبولین فقط در برخی از گونه‌های شناخته‌شده آسگارد دیده شده‌اند. هنوز مشخص نیست که چرا این ساختارها نادر هستند یا دقیقاً چه عملکردی دارند.
در یوکاریوت‌ها، میکروتوبول‌ها مانند بزرگراه‌هایی عمل می‌کنند که پروتئین‌های موتور سلولی روی آن‌ها حرکت کرده و مواد را حمل می‌کنند.
محققان ETH زوریخ تاکنون این نوع پروتئین‌های موتور را در آرکیای آسگارد مشاهده نکرده‌اند، اما یافته‌های جالبی داشتند.
“ما نشان داده‌ایم که لوله‌های تشکیل‌شده از این توبولین‌ها از یک طرف رشد می‌کنند. بنابراین، گمان می‌کنیم که عملکردی مشابه با میکروتوبول‌های یوکاریوتی دارند.”
جینگوی شو، نویسنده اصلی مطالعه
شو، این پروتئین‌های توبولین را درون سلول‌های حشرات تولید کرد و شکل و رفتار آن‌ها را بررسی کرد.
اجزای سازنده حیات پیچیده
آیا اسکلت سلولی – چارچوب ساختاری درون سلول – می‌تواند نقشی اساسی در پیدایش حیات پیچیده داشته باشد؟ محققان بر این باورند که این امکان وجود دارد.
آن‌ها معتقدند که یک آرکیای آسگارد اولیه، احتمالاً از زائده‌های خود برای گرفتن یک باکتری استفاده کرده است.
به مرور زمان، این باکتری به یک موجود همزیست دائمی درون آرکیا تبدیل شد و سرانجام به میتوکندری – مرکز انرژی سلول‌های امروزی – تکامل یافت. از آنجا، سایر ویژگی‌های یوکاریوتی مانند هسته به وجود آمدند و در نهایت، سلول یوکاریوتی شکل گرفت.
“این اسکلت سلولی شگفت‌انگیز احتمالاً در آغاز این تحول نقش داشته است. ممکن است آرکیای آسگارد، از زائده‌های خود برای تعامل، گرفتن و بلعیدن یک باکتری استفاده کرده باشد.”
پیل‌هوفر
شکار میکروب‌های ناشناخته
تیم ETH زوریخ در تلاش است تا نقش دقیق اکتین و توبولین در آرکیای آسگارد را بیشتر بررسی کند. آن‌ها همچنین قصد دارند پروتئین‌های منحصربهفرد سطح این میکروب‌ها را مطالعه کنند.
یکی از اهداف این است که آنتی‌بادی‌هایی طراحی شود که بتوانند این پروتئین‌های سطحی را شناسایی کنند. این کار به دانشمندان امکان می‌دهد تا “آرکیای آسگارد” را در میان جوامع میکروبی پیچیده شکار کنند.
“ما هنوز سؤالات بی‌پاسخی زیادی درباره آرکیای آسگارد داریم، به‌ویژه در مورد ارتباط آن‌ها با یوکاریوت‌ها و زیست‌شناسی غیرمعمول سلول‌هایشان.”
پیل‌هوفر
جستجوی پاسخ‌ها همچنان ادامه دارد، اما یک چیز روشن است: این موجودات کوچک ممکن است کلید حل یکی از بزرگ‌ترین معماهای حیات را در خود داشته باشند.
مطالعه کامل در مجله Cell منتشر شده است.
