Co jest złożone, a co proste, czyli w poszukiwaniu ogniwa pośredniego

Ewolucja życia na Ziemi od bakterii do eukariontów. Nie ma bardziej mylnie, a powszechnie „rozumianej” teorii naukowej niż teoria ewolucji. Śmiem też twierdzić – nie ma bardziej mylnie przez laików rozumianego pojęcia niż „ogniwo pośrednie ewolucji”. Co z tym fantem zrobić, gdy uczeni z Uniwersytetu Wiedeńskiego twierdzą na łamach ostatniego „Nature” w 2022 roku, że w detalach zanalizowali archebakterię, którą da się nazwać „ogniwem pośrednim” do bardziej złożonych form życia? Trzeba zacząć od początku, inaczej się nie da. Najpierw warto zauważyć, że skoro w „Nature” udało się zbadaną przez siebie historię opublikować połączonym siłom uczonych z Instytutu Biologii Molekularnej i Biofizyki w Zurychu pod kierunkiem Martinas Pilhofera i z Wydziału Ekologii Funkcjonalnej i Ewolucyjnej Uniwersytetu Wiedeńskiego pod kierunkiem Christy Schleper, to nie są to przelewki. Podejść trzeba zatem poważnie do objaśnienia, co się udało zaobserwować przez miesiące wpatrywania się w obrazy z bardzo wyszukanych mikroskopii.

Ewolucja życia na Ziemi od form pozbawionych jądra komórkowego – bakterii – do form w owo jądro wyposażonych – eukariontów – jest tajemnicza. A jednocześnie kluczowa dla zrozumienia nas samych, bo my też mamy komórki z jądrami. Z kolei dziesięciokrotnie liczniejsze od naszych własnych komórek, a wypełniające nasze jelita komórki bakteryjne jąder nie mają. Tertium (chyba) non datur. Patrząc na rzecz tak, jak laicy patrzą na ogniwo pośrednie ewolucji, w tym wypadku byłby to organizm z połową jądra. Natomiast biolodzy austriaccy i szwajcarscy nic takiego – oczywiście – nie zaobserwowali.

Czytaj także: The blob, czyli śluźnia

Trudno się uprawia paleontologię, gdy nie bardzo miało co skamienieć. Komórki są malutkie i niewidoczne gołym okiem, w dodatku delikatne – zatem poszukiwanie skamieniałości życia utrwalonych w czasach, gdy komórki takie jak nasze dopiero wykuwały się w ewolucyjnym trudzie, jest zasadniczo skazane na porażkę. Przynajmniej przy dzisiejszym stanie rozwoju nauki. Co zatem z tzw. skamieniałościami żywymi? Czy istnieje „mikroskopijna latimeria”, która jak jej gigantyczna rybia krewniaczka, zamiast wyginąć gdzieś w kredzie czy innym dewonie, pozwoliłaby nam zrozumieć, jak powstawały złożone strukturalnie komórki eukariotyczne, podobnie jak latimeria pomogła nam zrozumieć, jak u ryb trzonopłetwych wykuwały się kończyny kręgowców-czworonogów? Uczeni z Wiednia i Zurychu wskazują, że z takimi właśnie żywymi skamieniałościami, a także „ogniwami pośrednimi” pracują na co dzień w swojej Jednostce Biologii i Ekogenomiki Archeonów.

Wyjdźmy może od tego, co istotnie, poza jądrem wypełnionym DNA a otoczonym błoną, odróżnia komórki bakteryjne od eukariotycznych. Zapytajmy, czym są archeony (zwane też archebakteriami) i czy mają one szansę być bezpośrednimi przodkami komórek eukariotycznych, choć jądra nie mają. Warto sobie uświadomić, że ultrastrukturalnie, czyli wewnętrznie, komórki eukariotyczne to zupełnie inny świat niż bakteryjne. Np. mają one nie tylko jadro, a w nim mniej lub bardziej liczne chromosomy z liniowych cząsteczek DNA (bakterie mają na ogół pojedynczy chromosom kolisty, niczym nieobłoniony), ale i system błon wewnętrznych, co pozwala im ostatecznie osiągać znacznie większe rozmiary niż bakteriom.

Plusy cytoszkieletu

Mają też komórki eukariontów coś fantastycznego, co pozwala im przyjmować dość dowolne kształty oraz poruszać się nawet, gdy nie mają żadnych rzęsek czy wici. To z kolei pozwala im pełnić nowe, wyspecjalizowane funkcje, czyli ostatecznie budować organizmy wielokomórkowe, tkankowe. Mianowicie mają cytoszkielet, czyli system białek zdolnych na chemiczne zawołanie budować sieć wewnętrznych, np. podbłonowych włókienek lub ją na zawołanie „pruć”.

Czytaj także: Komputer jednokomórkowca

Gdy porównać genomy wszelkich stworzeń (porównuje się na ogół najpierw geny kodujące ich rybosomalny RNA – rRNA, ale coraz lepszy rozwój technik pozwala coraz częściej na znacznie mniej wybiórcze spojrzenie), których komórki mają jądra komórkowe, to będą one tworzyć wspólny, choć mocno rozkrzewiony pień na drzewie życia. Gdzie po zupełnie innej stronie znajdują się komórki bakteryjne, czyli pozbawione jądra, też zebrane w jeden wspólny rozkrzewiony maksymalnie pień.

Rzeczywistość jest jednak skomplikowana, gdyż na tzw. drzewie życia według Woesego, które zostało zbudowane przez tego taksonoma właśnie na podstawie porównań genów rRNA, jest jeszcze trzecia gałąź, bliżej organizmów eukariotycznych niż bakteryjnych, choć doprawdy wszelacy poznani dotąd jej reprezentanci – wspomniane archeony właśnie – nie mają jądra komórkowego. Co do swojej istoty są zatem bakteriami. Choć dziwacznymi np. co do składu chemicznego (np. składu ich błon komórkowych) oraz środowisk życia – lubią ekstrema. Wśród tych zatem komórek, zwanych „archaicznymi” niekoniecznie poprawnie, bo ta gałąź oddziela się ewolucyjnie później od wspólnego pnia, na którym takie zwykłe bakterie już wtedy królują, poszukuje się przodków komórek eukariotycznych. Oczywiście nie wszystkie archeony są przodkami eukariontów, ale raczej – jak to zwykle bywa w meandrach ewolucji – jedna szczególna ich linia rozwojowa.

Obecność, funkcja, wspólne pochodzenie

Według austriacko-szwajcarskiej grupy, badającej takich najbliższych naszych archeonowych krewniaków, tzw. typ Asgard, funkcjonuje u nich cytoszkieletu z aktyny, bardzo podobny do takiego, jak my mamy we wszelkich komórkach, zarówno mięśniach (przy ich okazji o aktynie nas uczą w szkole), jak i tych absolutnie niekurczliwych. Aktyna jest obecna we wszelkich komórkach wyposażonych w jądro komórkowe. Jest zatem jednym z eukariotycznych białek sygnaturowych (ESP), których obecność (są ich tam legiony całe) w komórkach archeonów Asgard odkryto już dawniej. Obecność jednak to jedno, a funkcja to drugie, a wspólne pochodzenie to trzecie.

Jak opisują na łamach „Nature” autorzy wspomnianego tu badania, za pomocą tomografii krioelektronowej bardzo gęsto rosnących komórek „Candidatus Lokiarchaeum ossiferum”, niezatwierdzonego jeszcze jako gatunek członka typu Asgard, odkryli w nim prawidłowo zbudowane i warunkujące kształt komórek włókienka aktynowe. Badany przez nich archeon rośnie w warunkach beztlenowych w temperaturze 20 st. C na organicznych źródłach węgla, dzieląc się co 7–14 dni i ma spory jak na archeon genom. ESP stanowią 5 proc. jego genów kodujących białka i ma aż cztery geny kodujące białko spokrewnione (czyli mające wspólnego przodka) z naszą eukariotyczną, a zatem i ludzką aktyną.

#wieszwiecej Polub nas

Pod mikroskopem widać, że zamiast być sobie maleńką kulką, jak Pan Bóg przykazał, jego cytoszkielet zbudowany m.in. z owych aktyn (skręconych, jak być powinno, i tworzących dwuwłóknowe nici) sprawia, że mamy komórkę zasadniczo już ameboidalną. Ma ciało i nibynóżki powystawiane, cieniutkie, zakończone banieczkami, czasem z podobnymi, większymi lub mniejszymi banieczkami po środku danej nibynóżki.

Wyobraźmy sobie zatem podługowaty balonik, który jakiś sprzedawca w parku skręca w różne „koniki” czy skomplikowane węzełki. Kształtu innego niż kuleczka, ewentualnie podługowata banieczka, nie da się uzyskać, o ile nie ma wewnętrznego lub zewnętrznego szkieletu – to wynika z tego, jak się ciśnienie rozkłada – zawsze różnomiernie na ścianki. Komórki to takie baloniki wypełnione gęstym płynem.

Nic tak nie pomaga budowie solidnego, dużego domu z rozmaitymi pomieszczeniami, jak rusztowanie. Podobnie jest z komórkami – uczeni sugerują w swojej publikacji, że aktynowy cytoszkielet poprzedzał w rozwoju komórki eukariotycznej pojawienie się owego jądra, którego archeony nie mają. Na tym właśnie polega „przejściowość” swoistej żywej skamieniałości, jaką jest „Candidatus Lokiarchaeum ossiferum”. Ma w sobie już to coś, co jest bardzo potrzebne, aby być eukariontem. Ale oczywiście nim jeszcze nie jest. Jest potomkiem ostatniego wspólnego przodka archeonów typu Asgard i eukariontów, nie zaś naszym przodkiem jako takim. Tak jak latimeria wydobyta z Pacyfiku pół wieku temu nie jest przodkiem płazów, ale potomkiem ostatniego wspólnego przodka ryb trzonopłetwych i wszystkich czteronożnych stworzeń, w tym nas samych.

Organizm, który pozwala nam zrozumieć...

„Brakujące ogniwo” w tym, jak i wszelkim innym wypadku, to nie jakieś stworzenie całkiem po środku dwóch oddalonych od siebie ewolucyjnie stworzeń (typu sfinks, minotaur czy gryf), tylko organizm, który pozwala nam zrozumieć, jak, a także w jakiej kolejności pojawiały się cechy oddzielające od siebie grupy organizmów, tak że stawały się one nowymi gałęziami na drzewie życia.

Jak formowały się gatunki, z nich zaś poprzez dalszą ewolucję całe grupy spokrewnionych ze sobą, ale coraz bardziej się różniących się stworzeń? U zarania tej drogi z bakterii, które nigdy nie przeskoczyły swojej jednokomórkowości i mikroskopijnych rozmiarów, powstały komórki, które w toku ewolucji przekroczyły barierę życia wielokomórkowego, tkankowego, wreszcie złożonego z wielotkankowych organów. Aktynowy „cytoszkielet dalekiego zasięgu”, który gwarantuje przedziwny kształt komórkom badanego w Wiedniu archeona, wyprzedził jądro komórkowe, ale bez tego cytoszkieletu nas by nie było.