Forskare vid The University of Texas at Austin har upptäckt att vissa Asgard-archaer, nära släktingar till komplex livs förfäder, kan tåla och använda syre. Detta fynd löser ett långvarigt pussel om hur syreberoende och syreundvikande mikrober bildade det partnerskap som ledde till eukaryoter. Bevisen, publicerade i Nature, tyder på att komplext liv uppstod i syrerika miljöer efter den stora oxidationhändelsen.
I årtionden har forskare teoretiserat att komplext liv, inklusive växter, djur och svampar, uppstod ur en sammansmältning mellan två distinkta mikrober: en arké och en bakterie. En nyckelutmaning var att försona syrebehoven hos dessa partners, då en ansågs kräva syre medan den andra undvek det. Nu ger en studie ledd av Brett Baker, associerad professor i marinvetenskap och integrativ biologi vid The University of Texas at Austin, bevis för att den arkeala parten kunde hantera syre. Forskningen fokuserade på Asgard-archaer, mikrober som betraktas som evolutionära kusiner till eukaryoters förfäder. Medan många Asgards lever i syrefattiga miljöer som djuphavsvents, fann teamet att de mest närbesläktade med eukaryoter trivs i syrerika områden, såsom grunda kustsediment och vattenpelaren. «De flesta Asgards som lever idag har hittats i syrefria miljöer», förklarade Baker. «Men det visar sig att de mest närbesläktade med eukaryoter lever på platser med syre... och de har många metaboliska vägar som använder syre. Det tyder på att vår eukaryota förfader troligen också hade dessa processer». Upptäckten stämmer med jordens geologiska historia. För mer än 1,7 miljarder år sedan var syrenivåerna låga tills den stora oxidationhändelsen orsakade en skarp ökning. Kort därefter, några hundratusen år senare, dyker de första eukaryota mikrofosシルerna upp i registret. «Syre dök upp i miljön, och Asgards anpassade sig till det», sade Baker. «De fann en energifördel i att använda syre, och utvecklades sedan till eukaryoter». Den rådande modellen hävdar att eukaryoter bildades när en Asgard-arké symbiotiskt slukade en alphaproteobakterie, som utvecklades till mitokondrier för energiproduktion. För att stödja detta sekvenserade forskarna över 13 000 mikrobiella genomer från havssediment, vilket nästan dubblade den kända Asgard-mångfalden. De identifierade grupper som Heimdallarchaeia som särskilt nära eukaryoter. Med hjälp av AI-verktyget AlphaFold2 analyserade teamet proteinkstrukturer och avslöjade likheter mellan Heimdallarchaeia-enzymer och eukaryoters för syrebaserad metabolism. Medförfattaren Kathryn Appler, postdoktor vid Institut Pasteur, noterade: «Dessa Asgard-archaer missas ofta vid låg täckningssekvensering... Den massiva sekvenseringen... gjorde det möjligt att se mönster som inte var synliga före denna genomiska expansion». Studien utvidgar förståelsen av hur syre underlättade uppkomsten av komplext liv, men spekulerar inte i ytterligare evolutionära steg.