Megtaláltuk az eukarióták ősét?

Mindenki írt a Loki-ról elnevezett új archaea törzsről, amiről azt állítják a megtalálók, hogy az eukarióták őséhez közel áll. Lehozta az origo, a hirado.hu, az iPon, mindenki erről beszélt. Akkor mégis miért írok róla egy héttel később? (bár hivatalosan a Nature tegnapi számában jelent meg a cikk)

Azért mert a hurráoptimizmus mellett a valakinek a tudományos tisztánlátást is képviselnie kell a médiában (akkor is, ha ezt több nagyságrenddel kevesebben olvassák).

A felfedezés a következő: hajózzunk a tengereken, s mindenfelől vegyünk egy adag tengervizet. Ami DNS-t ebben a vízben találunk, annak állapítsuk meg a szekvenciáját, azaz az örökítőanyagokat szeretném megismerni. Ez egy csodálatos technika, s segítségével rájöttünk, hogy a földi élet sokszínűségének csak egy igen csekély töredékét ismerjük. Igen jelentős része még rejtve van előttünk. De legalább tudjuk, hogy ott vannak valahol. Ugyanis olyan szekvenciákat sikerül kihalászni, amelyek nem hasonlítanak semmire, amit eddig a laborjainkban elemeztünk. Új fajok az élővilág teljesen új csoportjai (hívhatjuk őket akár törzsnek is) várnak felfedezésre.

Van az élővilágnak egy kevesek által ismert csoportja, az archaeák. A nevük onnan ered, hogy felfedezésükkor (1977) ősinek tekintették őket. A keresztségben az Archaebacteria, azaz ősbaktérium(ok) nevet kapták, de felnőve a nevük Archaea-ra egyszerűsödött, ezzel végleg szakítva azzal az elképzeléssel, hogy ők csak egyfajta baktériumok (ami mint látni fogjuk akár még igaz is lehet). Ezekről az élőlényekről azt kell tudni, hogy nincs sejtmagjuk, nincs belső membránrendszerük, általában van sejtfaluk, de az más, mint a baktériumok sejtfala (legalábbis más, mint a jól ismert baktériumok sejtfala). Sejthártyájukban glicerin-1-foszfáthoz éterkötéssel kapcsolódó izoprén oldalláncok vannak. A baktériumoknak és nekünk eukariótáknak (sejtmagvas élőlények) viszont glicerin-3-foszfáthoz, észterkötéssel kapcsolódó zsírsavakból áll a sejtmembránunk (no meg sok minden másból is, de ez itt a lényeg). Ennek ellenére az archaeák a riboszómális génjeik tekintetében közelebb állnak az eukariótákhoz, mint a baktériumokhoz.

A riboszómák, ahol a fehérjéink szintetizálódnak, minden élőlényben megtalálhatóak, s elég hasonlóak maradtak az évmilliárdok során, hogy hasonlóságaikat összevetve mondhassunk valamit az egész élővilág leszármazási kapcsolatairól. Igaz vannak olyan gének, amelyek nem támogatják az archaeák és az eukarióták közelségét, de a tudományos közösség zöme (vagy a hangadók) úgy gondolja, hogy a fehérjeszintézisben és a DNS másolásában részt vevő gének fontosabbak, minden másnál, s ezek hasonlósága mutatja legjobban a leszármazási kapcsolatokat.

Akkor most már tudjuk, hogy kikről is van szó. A különböző tudományt népszerűsítő írások még egy mélytengeri füstölő képét is ide szokták rakni, hiszen az archaeák egy jelentős része kedveli az igen meleg – sok esetben extrém meleg (80+ °C) – hőforrásokat és más számunkra igen barátságtalannak tűnő környezeteket. A speciális membránszerkezetük is ezért alakulhatott ki.

Szóval kihalásztak géneket, amelyek alapján ez az élőlény elég messze van a többi archaeától, hogy saját törzset kapjon (ez lenne a Lokiarchaeota), és ráadásul még az eukariótákhoz is igen közel áll. Kimutatható volt a feltételezett genomjából, hogy számos olyan gént hordoz, amit az eukarióta sejtek a membránjuk alakjának átalakítására használnak. Miért is kell a membránt átalakítani? Például azért, hogy egy másik sejt köré fonódjon, s azt bekebelezze (például a fehérvérsejtjeink egyik fajtái a makrofágok ezt teszik mindenféle rossz dologgal, ami belénk kerül vagy bennünk képződik). Erre a bekebelezésre - szakszóval fagocitózisra - ismereteink szerint csak az eukarióták képesek. Igaz ennek egy egyszerűbb formáját, az endocitózist (kisebb molekulák bekebelezése) baktériumok esetében is megfigyelték (Lonhienne et al. 2010).

Az archaeáknál endocitózist még nem figyelték meg - tudtommal -, viszont igen tekintélyes számú és fajtájú génjük van, ami igen hasonló az eukarióták ilyen működésű génjeihez. Azaz egy fő gond van ezzel, hogy egy-egy ismert archaea mindig csak ezen gének egy részével rendelkezik, az összessel nem. Ez az új élőlény úgy tűnik többel rendelkezik, mint az eddigiek. S itt van a felfedezés igazi értéke. Van - vagy legalábbis lehet, hogy van - egy archaea, ami elég közel áll a feltételezett archaea őshöz, ami minden bizonnyal igen jól tudta változtatni a membránjának az alakját. Azt, hogy az archaeák őse ilyen volt, már egy jó ideje sejtjük (a következő ábra egy 2010-es tanulmányból van).

Archaeák törzsfája és a bennük megtalált fontosabb membrán átalakító fehérjék. Figyeljük meg, hogy egyikükben sincs meg mind, azaz a pöttyük közül nem mind van beszínezve egy-egy fajhoz tartozó oszlopban. (Makarova et al. 2010) A Lokiarchaea bal oldali részhez, a Thaumarchaeota, Aigarchaeota, Crenarchaeota és Korarchaeota (TACK) szupertörzshöz tartozik.

S akkor innen jön a kritika. Én nagyon hiányoltam a cikkből magát az élőlényt. Ugyanis őt magát nem ismerhettük meg. Nem sikerült kihalászni, mikroszkóp alá helyezni és megnézni. Annyit tudunk róla, hogy vannak génjei, amelyek hasonlítanak  az eukarióták génjeihez. Nem tudjuk mit kezd velük. Nem tudjuk hogy néz ki. Tudom, hogy főleg az archaeák esetében igen keveset tudunk tenyészteni, tehát életben tartani ahhoz, hogy alaposabban megvizsgáljuk őket, no de egy ilyen szenzációhajhász kijelentéshez, hogy megvan az eukarióták őse (illetve ahhoz hasonló élőlény) mégiscsak dukálna az élőlény bemutatása is!

A molekuláris módszerek előretörésével az évszázados múltra visszatekintő összehasonlító sejtmorfológiai tanulmányok háttérbe húzódtak. Néha-néha egy-egy biológus megjegyzi, hogy az egész vitába mégiscsak be kéne venni magukat a sejteket is, s azt, ahogy kinéznek (egyik ismert archaea sem néz ki távolról sem eukariótának). Thomas Cavalier-Smith, korunk egyik, ha nem a legnagyobb élő rendszertanásza (még akkor is, ha sokan nem értenek vele egyet), hívja fel erre rendszeresen a figyelmet. A sejtek alakja, jellegzetességei, működése és ezek hasonlósága van olyan fontos, ha nem fontosabb, mint egyes génjeinek hasonlósága. Persze megismerni egy élőlényt sokkal tovább tart, mint kihalászni a genomját az óceánból, berakni a szekvenátorba, majd az eredményre ráereszteni egy összehasonlító programot.

Mert mit is tudtunk meg most az eukarióták eredetéről? Semmit! Az archaeák olyannyira máshogy néznek ki és működnek, hogy a közös ősük az eukariótákkal nem egy archaea (Forterre 2013), hanem valami más. Ha viszont valami más, ami minden bizonnyal rendelkezett az eukarióták igen sok fontos újításával, ellentétben a mai archaeákkal, akkor mégis, hogyan jutottunk el egy egyszerű (baktériumszerű) őstől az eukariótákhoz? Mert ez a fő kérdés. És nekem - nem csak nekem - egyre inkább úgy tűnik, hogy az archaeák egy igen összetett élőlényből leegyszerűsödtek, hogy extrém élőhelyüket meghódítsák.

Cavalier-Smith szerint az élőlények fejlődésének vázlatos rajza. Ő legősibbeknek a két membránnal rendelkező Gram-negatív baktériumokat tekinti (Negibacteria), amelyekből fejlődtek ki az egy membránnal fedett, vastag murein sejtfallal rendelkező Gram-pozitív baktréiumok (Posibacteria). Ez az egy membránúság az archaeákra és az eukariótákra is jellemző. A neumura kifejezés, az új sejtfal féleségre utal, mert az archae-eukarióta vonalon a sejtfal (ha egyáltalán van) szerkezete teljesen más a bakteriumok sejtfalához képest. Figyeljük meg, hogy nem az archaeákból vezeti le az eukariótákat, hanem azok testvércsoportjaként mutatja be őket.

Ami nagyon izgalmas lenne, az egy belső membránrendszerrel rendelkező archaea felfedezése. De ilyen nem ismert. Szóval az eukarióták kialakulásának igen összetett és számos vitával és ismeretlennel terhelt kérdése még mindig nyitott. A kedves biológushallgatók M.Sc.-n evolúcióbiológiából bővebben is megismerkedhetnek ezen problémával (a vizsgára tudni kell ;) )

Hivatkozott irodalom

• Woese, C. R. és Fox, G. E. 1977. Phylogenetic structure of the prokaryotic domain: The primary kingdoms. Proceedings of the National Academy of Sciences 74(11): 5088-5090
• Makarova, K. S., Yutin, N., Bell, S. D. és Koonin, E. V. 2010. Evolution of diverse cell division and vesicle formation systems in Archaea. Nat Rev Micro 8(10): 731-741
• Lonhienne, T. G. A., Sagulenko, E., Webb, R. I., Lee, K.-C., Franke, J., Devos, D. P., Nouwens, A., Carroll, B. J. és Fuerst, J. A. 2010. Endocytosis-like protein uptake in the bacterium Gemmata obscuriglobus. Proceedings of the National Academy of Sciences 107(29): 12883–12888
• Forterre, P. 2013. The common ancestor of Archaea and Eukarya was not an archaeon. Archaea 2013: 18
• Spang, A., Saw, J. H., Jorgensen, S. L., Zaremba-Niedzwiedzka, K., Martijn, J., Lind, A. E., van Eijk, R., Schleper, C., Guy, L. és Ettema, T. J. G. 2015. Complex archaea that bridge the gap between prokaryotes and eukaryotes. Nature 521(7551): 173-179