Pengelompokan tradisional bentuk hidupan kepada prokariot dan eukariota telah disemak semula pada tahun 1977 apabila pencirian jujukan rRNA mendedahkan bahawa archaea (kemudian dipanggil 'archaebacteria') adalah ''berkait jauh dengan bakteria seperti bakteria dengan eukariota.'' Ini memerlukan pengelompokan organisma hidup. menjadi eubacteria (terdiri daripada semua bakteria tipikal), archaea, dan eukariota. Persoalan asal usul eukariota kekal. Pada waktunya, bukti mula dibina memihak kepada keturunan arkeologi eukariota. Yang menarik adalah penemuan bahawa Asgard archaea mempunyai beberapa ratus gen protein tandatangan eukariotik (ESP) dalam genom mereka. ESP memainkan peranan penting dalam pembangunan sitoskeleton dan ciri struktur selular kompleks eukariota. Dalam kajian terobosan yang diterbitkan pada 21 Disember 2022, penyelidik telah melaporkan kejayaan penanaman budaya diperkaya arkea Asgard yang sukar difahami yang mereka imej menggunakan tomografi cryo-elektron. Mereka memerhatikan sel Asgard sememangnya mempunyai sitoskeleton berasaskan aktin yang kompleks. Ini adalah bukti visual langsung pertama tentang keturunan arkeologi eukariota, satu langkah penting dalam pemahaman tentang asal usul eukariota.
Sehingga tahun 1977, bentuk kehidupan di Bumi telah dikumpulkan ke dalam eukariot (bentuk kompleks yang dicirikan oleh kemasukan bahan genetik sel ke dalam nukleus yang jelas dan kehadiran sitoskeleton) dan prokariot (bentuk hidupan yang lebih mudah dengan bahan genetik dalam sitoplasma tanpa nukleus tertentu, termasuk bakteria dan archaebacteria). Ia dianggap bahawa selular eukariot berkembang kira-kira 2 bilion tahun yang lalu, mungkin daripada prokariot. Tetapi, bagaimana sebenarnya eukariota berasal? Bagaimanakah bentuk hidupan selular yang kompleks, disambungkan kepada bentuk hidupan selular yang lebih ringkas? Ini adalah soalan terbuka yang besar dalam biologi.
Kemajuan teknologi dalam biologi molekul gen dan protein membantu menyelidiki inti isu apabila, pada tahun 1977, archaea (kemudian dipanggil 'archaebacteria') didapati sebagai ''jauh berkaitan dengan bakteria seperti bakteria eukariot'.' Pembezaan awal bentuk hidupan kepada prokariot dan eukariota adalah berdasarkan perbezaan fenotip pada tahap organel sel. Hubungan filogenetik seharusnya, sebaliknya, berdasarkan molekul yang diedarkan secara meluas. RNA ribosom (rRNA) ialah salah satu biomolekul sedemikian yang terdapat dalam semua sistem replikasi sendiri dan urutannya berubah sangat sedikit mengikut masa. Analisis berdasarkan pencirian jujukan rRNA memerlukan pengelompokan organisma hidup ke dalam eubacteria (terdiri daripada semua bakteria biasa), archaea, dan eukariota1.
Selepas itu, bukti hubungan yang lebih rapat antara archaea dan eukariota mula muncul. Pada tahun 1983, didapati bahawa polimerase RNA yang bergantung kepada DNA archaea dan eukariot adalah jenis yang sama; kedua-duanya menunjukkan sifat imunokimia yang sangat serupa dan kedua-duanya berasal daripada struktur nenek moyang yang sama2. Berdasarkan kesimpulan pokok filogenetik komposit sepasang protein, satu lagi kajian yang diterbitkan pada tahun 1989, mendedahkan hubungan archaea yang lebih rapat dengan eukariota daripada eubacteria.3. Pada masa ini, asal usul arkeologi eukariot telah ditubuhkan tetapi spesies arkeologi yang tepat masih belum dikenal pasti dan dikaji.
Pertumbuhan dalam kajian genomik berikutan kejayaan dalam projek genom, menyediakan fillip yang sangat diperlukan untuk kawasan ini. Antara 2015-2020, beberapa kajian mendapati bahawa Asgard archaea membawa gen spesifik eukariota. Genom mereka diperkaya untuk protein yang dianggap khusus untuk eukariota. Kajian-kajian ini dengan jelas mengenal pasti arkea Asgard mempunyai kedekatan genetik yang paling hampir dengan eukariota berdasarkan kehadiran beratus-ratus gen protein tandatangan eukariotik (ESP) dalam genomnya.
Langkah seterusnya adalah untuk memvisualisasikan secara fizikal struktur bilik bawah tanah dalaman Asgard archaea untuk mengesahkan peranan ESP seperti yang secara meluas dipegang bahawa ESP memainkan peranan penting dalam pembentukan struktur selular yang kompleks. Untuk ini, budaya archaea yang sangat diperkaya ini diperlukan tetapi Asgard diketahui sukar difahami dan misteri. menyebabkan kesukaran dalam penanaman dalam kuantiti yang cukup besar untuk mengkajinya di makmal. Menurut kajian yang dilaporkan baru-baru ini pada 21 Disember 2022, kesukaran ini kini dapat diatasi.
Para penyelidik telah, selepas enam tahun kerja keras, teknik yang telah diubahsuai dan telah berjaya ditanam di makmal, budaya yang sangat diperkaya 'Candidatus Lokiarchaeum ossiferum', ahli filum Asgard. Ini adalah satu pencapaian yang luar biasa, juga kerana ini membolehkan para penyelidik memvisualisasikan dan mengkaji struktur selular dalaman Asgard.
Tomografi cryo-elektron digunakan untuk menggambarkan budaya pengayaan. Sel Asgard mempunyai badan sel coccoid dan rangkaian tonjolan bercabang. Struktur permukaan sel adalah kompleks. Sitoskeleton meluas ke seluruh badan sel. Filamen bertali dua berpintal terdiri daripada Lokiactin (iaitu homolog aktin yang dikodkan oleh Lokiarchaeota). Oleh itu, sel Asgard mempunyai sitoskeleton berasaskan aktin yang kompleks, yang dicadangkan oleh penyelidik, mendahului evolusi yang pertama. eukariot.
Sebagai bukti fizikal/visual konkrit pertama keturunan arkeologi eukariota, ini merupakan kemajuan yang luar biasa dalam biologi.
***
Rujukan:
- Woese CR dan Fox GE, 1977. Struktur filogenetik domain prokariotik: Kerajaan utama. Diterbitkan November 1977. PNAS. 74 (11) 5088-5090. DOI: https://doi.org/10.1073/pnas.74.11.5088
- Huet, J., et al 1983. Archaebacteria dan eukariota mempunyai polimerase RNA yang bergantung kepada DNA daripada jenis biasa. EMBO J. 2, 1291–1294 (1983). DOI: https://doi.org/10.1002/j.1460-2075.1983.tb01583.x
- Iwabe, N., et al 1989. Hubungan evolusi archaebacteria, eubacteria, dan eukariota disimpulkan daripada pokok filogenetik gen pendua. Proc. Natl Acad. Sci. USA 86, 9355–9359. DOI: https://doi.org/10.1073/pnas.86.23.9355
- Rodrigues-Oliveira, T., et al. 2022. Sitoskeleton aktin dan seni bina sel kompleks dalam archaeon Asgard. Diterbitkan: 21 Disember 2022. Alam (2022). DOI: https://doi.org/10.1038/s41586-022-05550-y
***
