حقيقيات النوى: قصة أسلافها البدائي

تم تنقيح التجميع التقليدي لأشكال الحياة في بدائيات النوى وحقيقيات النوى في عام 1977 عندما كشف توصيف تسلسل الرنا الريباسي أن العتائق (التي كانت تسمى آنذاك `` البكتيريا القديمة '') `` ترتبط ارتباطًا وثيقًا بالبكتيريا مثل البكتيريا لحقيقيات النوى. '' استلزم هذا تجميع الكائنات الحية في البكتيريا eubacteria (التي تضم جميع البكتيريا النموذجية) ، العتيقة ، وحقيقيات النوى. ظلت مسألة أصل حقيقيات النوى قائمة. في الوقت المناسب ، بدأت الأدلة في البناء لصالح السلالة البدائية من حقيقيات النوى. كان من المهم بشكل خاص اكتشاف أن Asgard archaea لديها عدة مئات من جينات البروتينات المميزة حقيقية النواة (ESPs) في جينومها. تلعب المرسبات الكهروستاتيكية دورًا مهمًا في تطوير خصائص الهيكل الخلوي والهياكل الخلوية المعقدة لحقيقيات النوى. في دراسة حديثة نُشرت في 21 ديسمبر 2022 ، أبلغ الباحثون عن زراعة ناجحة لثقافة غنية من عتائق Asgard بعيدة المنال والتي قاموا بتصويرها باستخدام التصوير المقطعي بالإلكترون بالتبريد. لاحظوا أن خلايا أسكارد تحتوي بالفعل على هيكل خلوي معقد قائم على الأكتين. كان هذا أول دليل مرئي مباشر على السلالة البدائية لحقيقيات النوى ، وهي خطوة مهمة في فهم أصل حقيقيات النوى.  

حتى عام 1977 ، تم تجميع أشكال الحياة على الأرض في حقيقيات النواة (الأشكال المعقدة التي تتميز بإدراج المواد الوراثية للخلية في نواة محددة جيدًا ووجود الهيكل الخلوي) وبدائيات النوى (أشكال حياة أبسط تحتوي على مادة وراثية في السيتوبلازم بدون نواة محددة، بما في ذلك البكتيريا والبكتيريا العتيقة). وكان يعتقد أن الخلوية حقيقيات النواة تطورت منذ حوالي 2 مليار سنة، ربما من بدائيات النوى. ولكن، كيف نشأت حقيقيات النوى بالضبط؟ كيف ترتبط أشكال الحياة الخلوية المعقدة بأشكال الحياة الخلوية الأبسط؟ كان هذا سؤالًا مفتوحًا كبيرًا في علم الأحياء.  

ساعد التقدم التكنولوجي في البيولوجيا الجزيئية للجينات والبروتين على الخوض في جوهر القضية عندما تم العثور في عام 1977 على العتائق (التي كانت تسمى آنذاك `` البكتيريا القديمة '').بقدر ما ترتبط بالبكتيريا بشكل بعيد مثل البكتيريا حقيقيات النواة".استند التمييز المبكر لأشكال الحياة إلى بدائيات النوى وحقيقيات النوى على الاختلافات المظهرية على مستوى عضيات الخلية. وبدلاً من ذلك ، يجب أن تستند العلاقة التطورية إلى جزيء موزع على نطاق واسع. Ribosomal RNA (rRNA) هو أحد هذه الجزيئات الحيوية الموجودة في جميع أنظمة التكرار الذاتي والتي تتغير تسلسلها قليلاً بمرور الوقت. استلزم التحليل القائم على توصيف تسلسل الرنا الريباسي تجميع الكائنات الحية في بكتيريا eubacteria (تشمل جميع البكتيريا النموذجية) ، العتيقة، وحقيقيات النوى¹.  

وفي وقت لاحق، بدأت تظهر أدلة على وجود علاقة أوثق بين العتائق وحقيقيات النوى. في عام 1983، وجد أن بوليميرات الحمض النووي الريبوزي (RNA) المعتمدة على الحمض النووي في العتائق و حقيقيات النواة من نفس النوع؛ يظهر كلاهما خصائص كيميائية مناعية متشابهة بشكل لافت للنظر وكلاهما مشتق من بنية أسلاف مشتركة². بناءً على شجرة النشوء والتطور المركبة المستنتجة لزوج البروتين ، كشفت دراسة أخرى نُشرت في عام 1989 ، عن علاقة أوثق بين البدئيات وحقيقيات النوى مقارنةً بالبكتيريا الحقيقية.³. بحلول هذا الوقت، كان الأصل الأثري لل حقيقيات النواة تم تأسيسها ولكن لا يزال يتعين تحديد ودراسة الأنواع الأثرية الدقيقة.  

النمو في الدراسات الجينومية بعد النجاح في مشروع الجينوم، وفرت حشوًا تمس الحاجة إليه لهذه المنطقة. بين 2015-2020 ، وجدت العديد من الدراسات أن Asgard العتيقة تحمل جينات حقيقية النواة. يتم إثراء جينوماتهم للبروتينات التي تعتبر خاصة بحقيقيات النوى. حددت هذه الدراسات بوضوح أن عتائق Asgard لها أقرب جيني من حقيقيات النوى بفضل وجود مئات من جينات البروتينات المميزة حقيقية النواة (ESPs) في جينومها.  

كانت الخطوة التالية هي تصور بنية القبو الداخلي لعتيقة Asgard لتأكيد دور المرسب الكهروستاتيكي كما يُعتقد على نطاق واسع أن المرسبات الكهروستاتيكية تلعب دورًا رئيسيًا في تكوين الهياكل الخلوية المعقدة. لهذا ، كانت هناك حاجة إلى ثقافات غنية جدًا لهذه الأثريات ، لكن من المعروف أن Asgard بعيد المنال وغامض. يسبب صعوبة في الزراعة بكميات كبيرة كافية لدراستها في المختبر. وفقًا لدراسة تم الإبلاغ عنها مؤخرًا في 21 ديسمبر 2022 ، تم التغلب على هذه الصعوبة الآن.  

قام الباحثون ، بعد ست سنوات من العمل الجاد ، بتقنيات مرتجلة ونجحوا في زراعة ثقافة غنية للغاية في المختبر 'Candidatus Lokiarchaeum ossiferum '، وهو عضو في شعبة Asgard. كان هذا إنجازًا رائعًا ، لأن هذا مكّن الباحثين من تصور ودراسة الهياكل الخلوية الداخلية لأسكارد.    

تم استخدام التصوير المقطعي بالتبريد الإلكتروني لتصوير ثقافة التخصيب. تحتوي خلايا أسكارد على أجسام خلوية كروية وشبكة من النتوءات المتفرعة. كان هيكل سطح الخلية معقدًا. يمتد الهيكل الخلوي في جميع أنحاء أجسام الخلايا. تشتمل الخيوط الملتوية المزدوجة المجدولة على Lokiactin (أي متجانسات الأكتين المشفرة بواسطة Lokiarchaeota). وهكذا، كانت خلايا أسكارد تمتلك هيكلًا خلويًا معقدًا قائمًا على الأكتين، والذي يقترح الباحثون أنه سبق تطور النوع الأول. حقيقيات النواة.  

كأول دليل ملموس / بصري ملموس على السلالة البدائية لحقيقيات النوى ، يعد هذا تقدمًا ملحوظًا في علم الأحياء.

*** 

المراجع:  

1. Woese CR and Fox GE، 1977. التركيب النشئي للمجال بدائيات النواة: الممالك الأولية. تم النشر في نوفمبر 1977. PNAS. 74 (11) 5088-5090. DOI: https://doi.org/10.1073/pnas.74.11.5088  

2. Huet ، J. ، وآخرون 1983. البكتريا البدائية وحقيقيات النوى تمتلك بوليميراز الحمض النووي الريبي المعتمد على الحمض النووي الريبي من النوع الشائع. EMBO J. 2، 1291–1294 (1983). DOI: https://doi.org/10.1002/j.1460-2075.1983.tb01583.x  

3. إيوابي ، ن. وآخرون 1989. العلاقة التطورية للبكتيريا البدائية ، eubacteria ، وحقيقيات النوى المستدل عليها من الأشجار التطورية للجينات المضاعفة. بروك. ناتل أكاد. علوم. USA 86 ، 9355-9359. DOI: https://doi.org/10.1073/pnas.86.23.9355  

4. رودريغز-أوليفيرا ، ت. وآخرون. 2022. هيكل خلوي أكتين وعمارة خلوية معقدة في آركون أسكارد. تاريخ النشر: 21 ديسمبر 2022. Nature (2022). DOI: https://doi.org/10.1038/s41586-022-05550-y  

***