Vid första anblicken kan stromatoliter och deras nära släktingar, mikrobiella mattor, se ut som lite mer än mörka, gamla stenar. I verkligheten är de tätt packade, skiktade samhällen byggda av mikrober. För miljarder år sedan, innan djur och växter fanns, hjälpte stromatoliter till att frigöra en del av det tidigaste syret i jordens atmosfär. Nu föreslår en studie publicerad i Current Biology att dessa ovanliga formationer också kan bevara ledtrådar till en annan stor händelse i jordens historia: uppkomsten av komplext liv.

Docent Brendan Burns, evolutionär mikrobiolog vid UNSW Sydney, ingår i ett forskningsteam som upptäckte en tidigare okänd mikrob som lever i nära association med en annan organism inuti dessa 'levande fossil'. Projektet, som leds tillsammans med forskare från University of Technology Sydney och University of Melbourne, kan hjälpa forskare att bättre förstå en grundläggande evolutionär gåta: hur relativt enkla celler började samarbeta och så småningom gav upphov till mycket mer komplexa livsformer.

'Stromatoliter kan vara mer än "bara" en livets vagga där tidigt mikrobiellt liv frodades', säger docent Burns. 'De kan också berätta för oss hur komplext liv först uppstod.'

Stromatoliter och mikrobiella mattor dök upp första gången för miljarder år sedan, men de har inte försvunnit. De bildas fortfarande idag i Shark Bay, en världsarvslistad plats i västra Australien. Prover som samlats där ledde så småningom docent Burns och hans kollegor till att isolera en medlem av Asgard-arkéerna, en ovanlig grupp mikrober som tros vara nära besläktad med förfäderna till eukaryoter, vilka är de celler som utgör alla växter och djur, inklusive människor.

En långvarig idé inom biologin föreslår att den första eukaryota cellen utvecklades genom ett intimt partnerskap mellan en forntida arké och en bakterie. Enligt denna teori uppslukade den ena organismen så småningom den andra, och det förhållandet producerade slutligen mitokondrier, de energiproducerande strukturerna som finns inuti komplexa celler. Forskare har dock saknat direkta bevis för hur ett sådant tidigt partnerskap faktiskt kunde ha sett ut. Den nya forskningen ger de första visuella bevisen på en Asgard-arké som fysiskt interagerar med en bakterie genom extremt tunna, rörliknande förbindelser som kallas nanotuber.

'Detta kan vara en liten modell för hur dessa slags partnerskap startade och så småningom bildade eukaryoter', säger docent Burns.

Genetisk sekvensering visade att organismernas DNA fanns i proverna, men att få mikroberna att växa i laboratoriet så att forskare kunde studera dem direkt visade sig vara mycket svårare. 'Det tog fyra eller fem år i labbet', säger docent Burns. 'Mycket tid, optimering och att jaga olika skuggor.' Asgard-arkéer är notoriskt svåra att odla utanför sina naturliga livsmiljöer. Forskarna kunde inte odla organismerna på egen hand, och docent Burns säger att den svårigheten i sig kan avslöja något viktigt om deras biologi. 'Det faktum att vi aldrig kunde få dessa organismer i ren kultur beror förmodligen på att de alltid är beroende av andra organismer för att överleva', säger han.

Forskarna gjorde så småningom framsteg med hjälp av elektronkryotomografi, en högupplöst 3D-avbildningsmetod som kan avslöja strukturer i skala av en miljondels millimeter. Bilderna visade arkéen och bakterien fysiskt förbundna med bakteriella nanotuber. Forskarna observerade också att arkéen producerade kedjor av knoppande vesikler tillsammans med utarbetade rörliknande strukturer. De två mikroberna tycktes komplettera varandra kemiskt, där var och en producerade föreningar som den andra kunde använda, inklusive vitaminer, näringsämnen och väte.

Medförfattare docent Debnath Ghosal från University of Melbourne säger att direkt fånga en interaktion mellan en Asgard-arké och en bakterie är särskilt betydelsefullt. 'Denna upptäckt för oss några steg närmare att förstå hur sam