Na pierwszy rzut oka stromatolity i ich bliscy krewni, maty mikrobiologiczne, mogą wyglądać jak nic więcej niż ciemne, starożytne skały. W rzeczywistości są to gęsto upakowane, warstwowe społeczności zbudowane przez drobnoustroje. Miliardy lat temu, zanim powstały zwierzęta i rośliny, stromatolity pomogły uwolnić do atmosfery ziemskiej część najwcześniejszego tlenu. Teraz badanie opublikowane w „Current Biology” sugeruje, że te niezwykłe formacje mogą również przechowywać wskazówki dotyczące innego ważnego wydarzenia w historii Ziemi: pojawienia się złożonego życia.

Profesor nadzwyczajny Brendan Burns, mikrobiolog ewolucyjny z UNSW Sydney, jest częścią zespołu badawczego, który odkrył wcześniej nieznany drobnoustrój żyjący w ścisłym związku z innym organizmem wewnątrz tych „żywych skamieniałości”. Projekt, prowadzony wspólnie z naukowcami z University of Technology Sydney i University of Melbourne, może pomóc naukowcom lepiej zrozumieć fundamentalną ewolucyjną zagadkę: jak stosunkowo proste komórki zaczęły współpracować i ostatecznie dały początek znacznie bardziej złożonym formom życia.

„Stromatolity mogą być czymś więcej niż »tylko« kolebką życia, w której rozkwitało wczesne życie mikrobiologiczne” – mówi prof. Burns. „Mogą nam również powiedzieć, jak po raz pierwszy pojawiło się złożone życie”.

Stromatolity i maty mikrobiologiczne pojawiły się po raz pierwszy miliardy lat temu, ale nie zniknęły. Nadal tworzą się dziś w Shark Bay, miejscu wpisanym na Listę Światowego Dziedzictwa UNESCO w Australii Zachodniej. Pobrane tam próbki ostatecznie doprowadziły prof. Burnsa i jego współpracowników do wyizolowania przedstawiciela Asgardarchaeota, niezwykłej grupy drobnoustrojów, które uważa się za blisko spokrewnione z przodkami eukariontów, czyli komórek tworzących wszystkie rośliny i zwierzęta, w tym ludzi.

Jedna z długoletnich koncepcji w biologii zakłada, że pierwsza komórka eukariotyczna powstała dzięki ścisłemu partnerstwu między starożytnym archeonem a bakterią. Zgodnie z tą teorią jeden organizm ostatecznie pochłonął drugi, a ta relacja ostatecznie doprowadziła do powstania mitochondriów, struktur wytwarzających energię wewnątrz złożonych komórek. Naukowcom brakowało jednak bezpośrednich dowodów pokazujących, jak takie wczesne partnerstwo mogło faktycznie wyglądać. Nowe badania dostarczają pierwszych wizualnych dowodów na to, że archeon z grupy Asgard fizycznie oddziałuje z bakterią poprzez niezwykle cienkie, rurkowate połączenia zwane nanorurkami.

„To może być mały model tego, jak tego rodzaju partnerstwa zaczęły się i ostatecznie doprowadziły do powstania eukariontów” – mówi prof. Burns.

Sekwencjonowanie genetyczne wykazało, że DNA tych organizmów było obecne w próbkach, ale zmuszenie drobnoustrojów do wzrostu w laboratorium, aby naukowcy mogli je bezpośrednio badać, okazało się znacznie trudniejsze. „Zajęło to cztery lub pięć lat w laboratorium” – mówi prof. Burns. „Dużo czasu, optymalizacji i gonienia za różnymi cieniami”. Asgardarchaeota są notorycznie trudne do hodowli poza ich naturalnym środowiskiem. Naukowcom nie udało się wyhodować tych organizmów samodzielnie, a prof. Burns mówi, że ta trudność może sama w sobie ujawnić coś ważnego o ich biologii. „Fakt, że nigdy nie mogliśmy uzyskać tych organizmów w czystej kulturze, prawdopodobnie dlatego, że zawsze zależą od innych organizmów, aby przetrwać” – mówi.

Naukowcy w końcu poczynili postępy dzięki kriotomografii elektronowej, wysokorozdzielczej metodzie obrazowania 3D, zdolnej do ujawniania struktur w skali jednej milionowej milimetra. Obrazy pokazały archeon i bakterię fizycznie połączone bakteryjnymi nanorurkami. Naukowcy zaobserwowali również, że archeon wytwarza łańcuchy pączkujących pęcherzyków oraz wyszukane struktury rurkowe. Oba drobnoustroje wydawały się wzajemnie uzupełniać chemicznie, a każdy z nich wytwarzał związki, które drugi mógł wykorzystać, w tym witaminy, składniki odżywcze i wodór.

Współautor, profesor nadzwyczajny Debnath Ghosal z University of Melbourne, mówi, że bezpośrednie uchwycenie interakcji między archeonem z grupy Asgard a bakterią jest szczególnie znaczące. „To odkrycie przybliża nas o kilka kroków do zrozumienia, jak współpraca komórkowa doprowadziła do powstania złożonego życia” – mówi.