Τι σημαίνει ένα νεοανακαλυφθέν Βασίλειο για το Δέντρο της Ζωής
Το δέντρο της ζωής μόλις απέκτησε άλλο ένα μεγάλο κλαδί. Οι ερευνητές βρήκαν πρόσφατα ένα συγκεκριμένο σπάνιο και μυστηριώδες μικρόβιο που ονομάζεται ημιμαστιγώτης σε ένα σωρό εδάφους της Νέας Σκωτίας. Η μετέπειτα ανάλυσή τους στο DNA του αποκάλυψε ότι δεν ήταν ούτε ζώο, φυτό, μύκητας ούτε αναγνωρισμένος τύπος πρωτοζώου - ότι στην πραγματικότητα βρισκόταν πολύ έξω από οποιαδήποτε από τις γνωστές μεγάλες κατηγορίες για την ταξινόμηση πολύπλοκων μορφών ζωής (ευκαρυώτες). Αντίθετα, αυτή η περίεργη σφαίρα που κυματίζει μαστίγια στέκεται ως το πρώτο μέλος της δικής της ομάδας «υπερβασιλείου», η οποία πιθανότατα ξεκολλούσε από τους άλλους μεγάλους κλάδους της ζωής τουλάχιστον πριν από ένα δισεκατομμύριο χρόνια.
«Είναι το αποτέλεσμα που ελπίζεις να δεις μια φορά σε μια καριέρα», δήλωσε ο Alastair Simpson, μικροβιολόγος στο Πανεπιστήμιο Dalhousie που ηγήθηκε της μελέτης.
Καθώς είναι εντυπωσιακό αυτό το εύρημα για τους ημιμαστιγώτες είναι από μόνο του, αυτό που έχει μεγαλύτερη σημασία είναι ότι είναι απλώς το πιο πρόσφατο (και το πιο βαθύ) από έναν αθόρυβα και σταθερά αυξανόμενο αριθμό μεγάλων ταξινομικών προσθηκών. Οι ερευνητές συνεχίζουν να αποκαλύπτουν όχι μόνο νέα είδη ή τάξεις, αλλά εντελώς νέα βασίλεια ζωής — εγείροντας ερωτήματα σχετικά με το πώς παρέμειναν κρυμμένα για τόσο καιρό και πόσο κοντά είμαστε να τα βρούμε όλα.
Η Yana Eglit είναι μια μεταπτυχιακή φοιτήτρια στο Dalhousie αφιερωμένη στην ανακάλυψη νέων γενεαλογιών των μονοκύτταρων ευκαρυωτών που ονομάζονται πρωτιστές. Ενώ έκανε πεζοπορία στη Νέα Σκωτία μια κρύα ανοιξιάτικη μέρα του 2016, έπεσε πίσω από τους φίλους της για να ξύσει μερικά γραμμάρια βρωμιάς σε έναν πλαστικό σωλήνα. (Τέτοια αυτοσχέδια δειγματοληψία εδάφους, είπε, είναι «ένας επαγγελματικός κίνδυνος».) Πίσω στο εργαστήριο, η Eglit μούλιαζε το δείγμα της σε νερό και τον επόμενο μήνα το κοίταζε περιοδικά μέσω μικροσκοπίου για σημάδια ασυνήθιστης ζωής.
Αργά ένα βράδυ, κάτι περίεργο στο δείγμα τράβηξε το μάτι της. Ένα επίμηκες κύτταρο που ακτινοβολούσε μαστίγια σαν μαστίγιο «κολυμπούσε αμήχανα, σαν να μην συνειδητοποίησε ότι είχε όλα αυτά τα μαστίγια που θα μπορούσαν να το βοηθήσουν να κινηθεί», είπε ο Έγκλιτ. Κάτω από ένα πιο ισχυρό πεδίο, το είδε ότι ταιριάζει στην περιγραφή ενός ημιμαστιγώτη, ενός σπάνιου είδους πρωτίστα που ήταν διαβόητα δύσκολο να καλλιεργηθεί. Το επόμενο πρωί, το εργαστήριο ήταν γεμάτο ενθουσιασμό για την ευκαιρία να περιγράψει και να ακολουθήσει το δείγμα. «Παράσαμε τα πάντα», θυμάται.
Οι ημιμαστιγώτες αντιπροσωπεύουν μια από τις λίγες «γνωστές άγνωστες» γενεαλογίες του Ράμσφελντιαν - ομάδες με μέτρια περιγραφή των οποίων οι θέσεις στο δέντρο της ζωής δεν είναι επακριβώς γνωστές επειδή είναι δύσκολο να καλλιεργηθούν σε εργαστήριο και ακολουθία. Οι πρωτιστολόγοι έχουν χρησιμοποιήσει ιδιαιτερότητες της δομής των ημιμαστιγώτων για να συμπεράνουν τους στενούς συγγενείς τους, αλλά οι εικασίες τους «πυροβολήθηκαν» σε όλη τη φυλογένεση», είπε ο Simpson. Χωρίς μοριακά δεδομένα, γενεαλογίες όπως οι ημιμαστιγώτες παραμένουν ορφανές άγνωστης καταγωγής.
Αλλά μια νέα μέθοδος που ονομάζεται μονοκυτταρική μεταγραφική έχει φέρει επανάσταση σε τέτοιες μελέτες. Επιτρέπει στους ερευνητές να αλληλουχούν μεγάλους αριθμούς γονιδίων από ένα μόνο κύτταρο. Ο Gordon Lax, ένας άλλος μεταπτυχιακός φοιτητής στο εργαστήριο Simpson και ειδικός σε αυτή τη μέθοδο, εξήγησε ότι για τους δύσκολους στη μελέτη οργανισμούς όπως οι ημιμαστιγώτες, η μονοκυτταρική μεταγραφική μπορεί να παράγει γενετικά δεδομένα ποιότητας που προηγουμένως προοριζόταν για περισσότερα άφθονα κύτταρα, καθιστώντας βαθύτερα γονιδιωματικά επιτέλους δυνατές συγκρίσεις.
Η ομάδα ανέλυσε την αλληλουχία περισσότερων από 300 γονιδίων και η Laura Eme, τώρα μεταδιδακτορική ερευνήτρια στο Πανεπιστήμιο της Ουψάλα, μοντελοποίησε πώς αυτά τα γονίδια εξελίχθηκαν για να συναγάγει μια ταξινόμηση για τους ημιμαστιγώτες. «Περιμέναμε πλήρως να εμπίπτουν σε μία από τις υπάρχουσες υπερομάδες», εξήγησε. Τα μέλη του εργαστηρίου έμειναν άναυδοι όταν διαπίστωσαν ότι οι ημιμαστιγώτες δεν χωρούσαν πουθενά στο δέντρο. Αντιπροσώπευαν τη δική τους ξεχωριστή καταγωγή, εκτός από τις άλλες μισή ντουζίνα σούπερ γκρουπ.
Για να καταλάβετε πόσο εξελικτικά διακριτή είναι η γενεαλογία των ημιμαστιγοτών, φανταστείτε το ευκαρυωτικό δέντρο που απλώνεται μπροστά σας στο έδαφος ως ένα στενό σύνολο μονοπατιών, που ξεκινούν με θέσεις για όλες τις ζωντανές ομάδες ευκαρυωτών κοντά στα δάχτυλα των ποδιών σας και συγκλίνουν πολύ μακριά στο κοινό μας πρόγονος. Ξεκινώντας από το άκρο των θηλαστικών μας, περπατήστε στο μονοπάτι και επιστρέψτε στην ιστορία, περνώντας τη διχάλα όπου η γενεαλογία μας απέκλινε από ερπετά και πουλιά, περνώντας τις στροφές για ψάρια, αστερίες και έντομα, και μετά ακόμα πιο μακριά, πέρα από τη διάσπαση που μας χωρίζει από μύκητες. Αν γυρίσετε και κοιτάξετε πίσω, όλοι οι διαφορετικοί οργανισμοί που προσπεράσατε εμπίπτουν σε μία μόνο από τις έξι υπερομάδες ευκαρυωτικών. Οι Ημιμαστιγώτες είναι ακόμα μπροστά, σε μια δική τους υπερομάδα, σε μια διαδρομή που τίποτα άλλο δεν καταλαμβάνει.
Ο Fabien Burki, βιολόγος στο Πανεπιστήμιο της Ουψάλα στη Σουηδία που δεν συμμετείχε σε αυτή τη μελέτη, ήταν χαρούμενος που είδε αυτό το αποτέλεσμα, αλλά όχι εντελώς έκπληκτος. «Είναι λίγο σαν να ψάχνεις για ζωή σε άλλους πλανήτες», είπε. "Όταν τελικά το βρούμε, δεν νομίζω ότι θα εκπλαγούμε πολύ, αλλά θα είναι μια τεράστια ανακάλυψη."
Οι Burki, Simpson, Eglit και πολλοί άλλοι πιστεύουν επίσης ότι έχουμε πολλά περισσότερα από το δέντρο της ζωής να αποκαλύψουμε, κυρίως λόγω του πόσο γρήγορα αλλάζει. «Το δέντρο της ζωής αναδιαμορφώνεται από νέα δεδομένα. Είναι πραγματικά πολύ διαφορετικό από αυτό που ήταν πριν από 15 ή 20 χρόνια», είπε ο Burki. "Βλέπουμε ένα δέντρο με πολλά περισσότερα κλαδιά από όσα νομίζαμε."
Η εύρεση μιας καταγωγής τόσο διακριτής όσο οι ημιμαστιγώτες είναι ακόμα σχετικά σπάνιο. Αλλά αν κατεβείτε ένα ή δύο επίπεδα στην ιεραρχία, στο επίπεδο του απλού βασιλείου - αυτό που περιλαμβάνει, ας πούμε, όλα τα ζώα - θα διαπιστώσετε ότι νέες μεγάλες γενεαλογίες εμφανίζονται περίπου μία φορά το χρόνο. «Αυτός ο ρυθμός δεν μειώνεται», είπε ο Simpson. "Αν μη τι άλλο, μπορεί να επιταχύνει."
Η διαθεσιμότητα πιο ικανής τεχνολογίας αλληλούχισης, όπως η μονοκυτταρική μεταγραφική είναι μέρος αυτού που οδηγεί αυτή την τάση στους ευκαρυώτες, ειδικά για γνωστές άγνωστες ομάδες. Δίνει τη δυνατότητα στους ερευνητές να συλλέξουν χρησιμοποιήσιμο DNA από μεμονωμένα δείγματα. Αλλά ο Eme προειδοποιεί ότι αυτές οι μέθοδοι εξακολουθούν να απαιτούν το έντονο μάτι των ειδικευμένων πρωτιολόγων, όπως ο Eglit, "ώστε να μπορούμε πραγματικά να στοχεύσουμε αυτό που θέλουμε να δούμε".
Ένα άλλο είδος αλληλουχίας, που ονομάζεται μεταγονιδιωματική, θα μπορούσε να επιταχύνει ακόμη περισσότερο την ανακάλυψη. Οι ερευνητές μπορούν τώρα να μπουν στο χωράφι, να πάρουν ένα δείγμα βρωμιάς από το μονοπάτι ή ένα βιοφίλμ από έναν αεραγωγό βαθέων υδάτων και να ακολουθήσουν τα πάντα στο δείγμα. Το αδιέξοδο είναι ότι συνήθως είναι απλώς ένα απόσπασμα ενός γονιδίου. Για τα βακτήρια και τα αρχαία —οργανισμούς στους δύο άλλους τομείς της ζωής διαφορετικούς από τους ευκαρυώτες— αυτό είναι συνήθως αρκετό για να δουλέψει κανείς και η μεταγονιδιωματική βρίσκεται πίσω από πρόσφατες τεράστιες ανακαλύψεις όπως η αρχαία Asgard, ένα τεράστιο γένος αρχαίων εντελώς άγνωστο στην επιστήμη μέχρι περίπου τρεις πριν από χρόνια.
Αλλά για τους ευκαρυώτες, που τείνουν να έχουν μεγαλύτερα και πιο περίπλοκα γονιδιώματα, η μεταγονιδιωματική είναι ένας ενοχλητικά ευρύς τρόπος δειγματοληψίας. Αποκαλύπτει πολλούς τύπους οργανισμών που ζουν σε ένα περιβάλλον, «αλλά αν δεν έχετε μια μεγαλύτερη γνωστή ακολουθία αναφοράς, είναι πολύ δύσκολο να βάλετε αυτά τα διαφορετικά πράγματα σε ένα εξελικτικό πλαίσιο», είπε ο Burki. Γι' αυτό, σύμφωνα με τον Simpson, οι περισσότερες από τις πρόσφατες, πραγματικά βαθιές ευκαρυωτικές γενεαλογίες ανακαλύφθηκαν με τον «παλιομοδίτικο» τρόπο, μέσω του εντοπισμού ενός παράξενου πρωταθλητή στο εργαστήριο και της στόχευσης του για αλληλούχιση.
«Αλλά οι δύο μέθοδοι είναι συμπληρωματικές και ενημερώνουν η μία την άλλη», είπε ο Simpson. Για παράδειγμα, είναι πλέον ξεκάθαρο ότι οι ημιμαστιγώτες εμφανίστηκαν σε βάσεις δεδομένων μεταγονιδιωματικών που είχαν δημοσιευτεί στο παρελθόν. Ωστόσο, «απλώς δεν είχαμε τρόπο να τους αναγνωρίσουμε μέχρι που είχαμε μεγαλύτερες αλληλουχίες ημιμαστιγώτη για να τις συγκρίνουμε», είπε. Η μεταγονιδιωματική μπορεί να υποδεικνύει πιθανά καυτά σημεία άγνωστης ποικιλομορφίας και η βαθύτερη αλληλουχία μπορεί να κάνει τα μεταγονιδιωματικά δεδομένα πιο ουσιαστικά.
Το μέλλον είναι λαμπρό για τους ερευνητές που καταλογίζουν την ποικιλομορφία, τόσο σε συνηθισμένα όσο και σε ασυνήθιστα περιβάλλοντα. Ενώ τα μεταγονιδιωματικά εργαλεία μας επιτρέπουν να εξερευνήσουμε ακραία περιβάλλοντα - όπως το ίζημα κοντά σε υδροθερμικές οπές όπου βρέθηκαν τα αρχαία Asgard - οι ερευνητές μπορούν επίσης να βρουν νέες γενεαλογίες στις αυλές τους. «Ολόκληρη αυτή η νέα καταγωγή του υπερβασιλείου ανακαλύφθηκε από έναν μεταπτυχιακό φοιτητή σε μια πεζοπορία που έτυχε να μαζέψει λίγο χώμα», είπε ο Burki. "Φανταστείτε να μπορούσαμε να σαρώσουμε κάθε περιβάλλον στη Γη."
Καθώς οι επιστήμονες συνεχίζουν να συμπληρώνουν το δέντρο, οι αλγόριθμοι που χρησιμοποιούνται για την προσθήκη κλαδιών θα γίνουν πιο αποτελεσματικοί, σύμφωνα με τον Eme. Αυτό θα βοηθήσει τους ερευνητές να επιλύσουν βαθύτερες, πιο αρχαίες διασπάσεις στην ιστορία της ζωής. «Η κατανόησή μας για το πώς εξελίχθηκε η ζωή είναι ακόμα πολύ ελλιπής», είπε ο Burki. Ερωτήματα όπως γιατί εμφανίστηκαν οι ευκαρυώτες ή πώς εξελίχθηκε η φωτοσύνθεση παραμένουν αναπάντητα επειδή "δεν έχουμε ένα δέντρο που να είναι αρκετά σταθερό για να εντοπίσει πού συνέβησαν αυτά τα βασικά γεγονότα", είπε.
Πέρα από την απάντηση σε τέτοιες θεμελιώδεις ερωτήσεις, η απλή χαρά της ανακάλυψης παρακινεί ερευνητές όπως ο Burki και ο Eglit. «Ο μικροβιακός κόσμος είναι ένα ορθάνοιχτο σύνορο», είπε ο Έγκλιτ. "Είναι συναρπαστικό να εξερευνάς τι υπάρχει εκεί έξω."
Αυτό το άρθρο ανατυπώθηκε στα ισπανικά στη διεύθυνση Investigacionyciencia.es .
