تُظهر الشراكة الميكروبية الغريبة مدى تطور الحياة المعقدة

يبدو أن الميكروبات من خليج بعيد في أستراليا الغربية تتصل ببعضها البعض مع أنابيب صغيرة ، وتشكل علاقة قد تعكس خطوة مبكرة في تطور الحياة المعقدة.

في خليج Shark ، أو Gathaagudu في لغة Mangana الأصلية ، تشكل الميكروبات مجتمعات متعددة الطبقات تسمى الحصير الميكروبية. إنها بيئة قاسية تتعرض للضرب من قبل المد والجزر ، ولكن هذه المجتمعات من البكتيريا ونوع آخر من الكائنات الحية ذات الخلية الواحدة المسمى Archaea قد نجت هنا لعشرات الآلاف من السنين. غالبًا ما يعيشون في تعايش مع بعضهم البعض ، ويقومون ببناء مجتمعاتهم في تكوينات رسوبية ذات طبقات تسمى stromatolites.

يقول بريندان بيرنز من جامعة نيو ساوث ويلز في سيدني: “تتشكل الحصير في ظروف فرطية ذات مستويات عالية من الأشعة فوق البنفسجية. إنها تتعرض للإعصار. يبدو أن كل شيء يحطم هذه الأشياء ولكن لا يزال يبدو أنه يتسكع”.

يقولون إن نظائرها الحديثة لكيفية أن تعيش مجتمعات الميكروبات معًا قبل مليارات السنين عندما تطورت الحياة المعقدة لأول مرة ، كما يقول. هذا هو النظري الذي حدث عندما أصبحت البكتيريا والأثرية يعتمدان بشكل متبادل على بعضهما البعض لدرجة أن البكتيريا انتهت بالعيش داخل الأركيا ، مما خلق خلايا أكثر تعقيدًا تُعرف باسم حقيقيات النوى.

أعاد بيرنز وزملاؤه بعض مجتمعات الحصيرة الميكروبية هذه إلى مختبرهم وحاولوا زراعة الكائنات الحية في ظروف عالية من الأكسجين.

انتهى بهم المطاف بثقافة من نوع واحد من البكتيريا ، stromatodesulfovibrio nilemahensis، و Archaeon المسمى حديثًا ، nerearchaeum marumarumayae، من مجموعة تسمى Asgard Archaea. تتم تسمية هذه الأثرية على اسم منزل الآلهة في الأساطير الإسكندنافية ويعتقد أنها الأقارب الحية للخلايا حقيقية النواة ، التي تشكل أجسامنا وأجسامنا من الحيوانات والنباتات الأخرى.

يقول عضو الفريق Iain Duggin في جامعة سيدني: “يبدو أن هذه الكائنات الحية تتفاعل بشكل مباشر مع بعضها البعض وتتبادل العناصر الغذائية”. ليس لدى الفريق أدلة مباشرة على ذلك ، لكن لديهم تسلسلات جينوم كاملة ، والتي تسمح لهم باستنتاج كيفية عمل التمثيل الغذائي لكلا الكائنات الحية.

أظهر التسلسل أن البكتيريا تصنع الأحماض الأمينية والفيتامينات ، وأن Archaeon ينتج الهيدروجين والمركبات مثل الأسيتات والتكوين والكبريتيت. كلتا المجموعتين من المنتجات لا تصنع من قبل الأنواع الأخرى ولكن سيكون هناك حاجة إليها.

كما رأى الباحثون تلميحات إلى أن النوعين كانا يتفاعلان بشكل مباشر. يقول دوغن: “ما فعلناه هو ما نسميه الأنابيب النانوية”. “الأنابيب الصغيرة التي يبدو أنها تصنعها البكتيريا وتتصل مباشرة بجزء الخلية Asgard.”

في ما قد يكون جزءًا من التعاون ، أنتجت خلايا Archaeon سلاسل من الحويصلات ، وهي هياكل تشبه SAC التي تستخدمها الخلايا لنقل الجزيئات ، المرفقة بالألياف خارج الخلية. يقول Duggin إن الحويصلات الصغيرة من Archaeon يبدو أنها تتفاعل مع الأنابيب النانوية الناتجة عن البكتيريا.

يقول دوغن: “قد تكون الأنابيب النانوية رقيقة جدًا بحيث لا تكون قنوات ، لكنها يمكن أن تساعد في ربط الخلايا معًا في نوع من الاتحاد متعدد الخلايا الذي يمكّنهم من مشاركة الموارد بشكل أفضل”.

كما وجد الباحثون تسلسل الجينوم الذي يرمز للبروتينات التي لم يسبق له مثيل من قبل ، وبروتين واحد يبلغ طوله حوالي 5500 من الأحماض الأمينية ، وهو كبير جدًا بالنسبة لأنواع الأثرية ، التي تحمل أوجه تشابه مع البروتينات في العضلات البشرية. تقول كيت ميشي في جامعة نيو ساوث ويلز: “لا أفترض أنه بروتين عضلي بشري ، لكنه يشير إلى أن تطور تلك البروتينات كان يمكن أن يبدأ منذ وقت طويل”.

يقول بوري لوبيز غارسيا من جامعة باريس ساكلي في فرنسا: “ما أجده الأكثر إثارة للاهتمام هو هذه الروابط المباشرة عن طريق الأنابيب النانوية بين البكتيريا والأثرية”. “لم يلاحظ هذا في الثقافات السابقة.”

ومع ذلك ، فمن الصعب معرفة ما تفعله البكتيريا والأثرية بالفعل ، كما يقول Buzz Baum في مختبر MRC للبيولوجيا الجزيئية في كامبريدج ، المملكة المتحدة. يقول: “البكتيريا والأثرية في حالة حرب وسلام مع بعضها البعض”. “إنهم يلمسون بعضهم البعض ، ويشاركون ويقاتلون ومن يعرف ما يحدث.”

يعتقد Duggin أنه في هذه الحالة ، من المرجح أن يكون السلام أكثر من الحرب. يقول: “نظرًا لأن هذه الكائنات الحية قد انتهى بها الأمر في ثقافاتنا بعد أربع سنوات أو أكثر ، فإننا نعتقد أنهم لا يمانعون في شركة بعضنا البعض وربما على ما يرام”.

يقترح بيرنز وزملاؤه أن ما رأوه قد يعكس خطوة مبكرة في تطور الخلايا حقيقية النواة على الحصير الميكروبية ، والتي يقول رولاند هاتزنبيكلر بجامعة ولاية مونتانا قد يكون من الممكن.

“تظهر نتائج الدراسة أن Asgard Archaea التي تم العثور عليها حديثًا تتفاعل مباشرة مع البكتيريا التي تقلل من الكبريتات ، والتي يمكن أن توفر قوة دافعة لأقرب بكثير-وربما تلتزم في النهاية [dependent] – التفاعل “.

هذا قد لا يكون ما حدث منذ أكثر من ملياري عام ، على الرغم من ذلك ، على الرغم من ذلك ، كما يقول لوبيز غارسيا. “هذه هي الأثرية الحديثة والبكتيريا الحديثة ، على الرغم من أن الطين الميكروبي الذي يعيشون فيه يمكن اعتباره نظائرًا لبعض النظم الإيكولوجية السابقة.”

قد لا نعرف أبدًا إلى أي مدى تشبه الميكروبات الحديثة الخلايا التي عقدت شراكة لتشكيل الخلية البروتينية ، كما يقول هاتزنبيكلر. “لكننا الآن في وضع أفضل من أي وقت مضى للتعامل مع الحقيقة.”

رحلة استكشافية للبيولوجيا البحرية في القطب الشمالي: سفالبارد ، النرويج

الشروع في رحلة استكشافية بحرية لا تنسى إلى القطب الشمالي ، برفقة عالم الأحياء البحرية راسل أرنوت.