Siapa leluhur kami yang paling awal? Jawabannya bisa terletak pada kelompok khusus organisme bersel tunggal dengan sitoskeleton yang mirip dengan organisme kompleks, seperti hewan dan tumbuhan. Para peneliti membuat temuan ini dalam studi baru.
Sepuluh tahun yang lalu, tidak ada yang tahu bahwa Asgard Archaea bahkan ada. Namun, pada 2015, para peneliti yang memeriksa sedimen laut dalam menemukan fragmen gen yang menunjukkan bentuk mikroba yang baru dan sebelumnya belum ditemukan.
Dengan bantuan komputer, para peneliti mengumpulkan fragmen -fragmen ini seperti potongan -potongan puzzle untuk menyusun seluruh genom. Baru pada saat itulah mereka menyadari bahwa mereka berurusan dengan kelompok Archaea yang sebelumnya tidak diketahui.
Seperti bakteri, archaea adalah organisme bersel tunggal. Secara genetik, bagaimanapun, ada perbedaan yang signifikan antara kedua domain, terutama mengenai amplop sel mereka dan proses metabolisme.
Setelah pencarian lebih lanjut, ahli mikrobiologi mengidentifikasi organisme yang sesuai, menggambarkannya dan mengklasifikasikannya sebagai sub-kelompok archaeal yang terpisah: Asgard Archaea. Nama mereka, yang diambil dari The Heavenly Realm in Norse Mythology, merujuk penemuan awal mereka dekat dengan Kastil Loki – seorang perokok hitam di punggung Mid -Atlantic antara Norwegia dan Svalbard.
Faktanya, Asgard Archaea muncul hampir di surga untuk penelitian: mereka ternyata merupakan hubungan yang hilang antara Archaea dan eukariota – yaitu, antara archaea dan organisme yang sel -selnya mengandung inti, seperti tumbuhan dan hewan.
Pohon Kehidupan dengan satu cabang lebih sedikit
Dalam beberapa tahun terakhir, para peneliti telah menemukan indikasi yang berkembang tentang hubungan dekat antara Asgard Archaea dan eukariota, dan yang terakhir mungkin telah berevolusi dari yang sebelumnya. Pembagian semua organisme hidup ke dalam tiga domain bakteri, archaea dan eukariota tidak tahan terhadap penemuan yang mengejutkan ini.
Beberapa peneliti telah mengusulkan tentang eukariota sebagai kelompok di Asgard Archaea. Ini akan mengurangi jumlah domain kehidupan dari tiga menjadi dua: Archaea, termasuk eukariota, dan bakteri.
Di ETH Zurich, Profesor Martin Pilhofer dan timnya terpesona oleh Asgard Archaea dan telah memeriksa mikroba misterius selama beberapa tahun.
Dalam sebuah artikel yang diterbitkan di Alam Dua tahun lalu, para peneliti mengeksplorasi rincian struktur seluler dan arsitektur Lokiarchaeum ossiferum. Berasal dari sedimen saluran air payau di Slovenia, Archaeon Asgard ini diisolasi oleh para peneliti di laboratorium Christa Schleper di University of Vienna.
Dalam studi itu, Pilhofer dan peneliti postdoctoral -nya Jingwei Xu dan Florian Wollweber menunjukkan hal itu Lokiarchaeum ossiferum memiliki struktur tertentu juga khas eukariota. “Kami menemukan protein aktin pada spesies yang tampak sangat mirip dengan protein yang ditemukan dalam eukariota – dan terjadi di hampir semua archaea yang ditemukan hingga saat ini,” kata Pilhofer.
Dalam studi pertama, para peneliti menggabungkan teknik mikroskop yang berbeda untuk menunjukkan bahwa protein ini – yang disebut Lokiactin – membentuk struktur filamen, terutama dalam banyak tonjolan seperti tentakel mikroba. “Mereka tampaknya membentuk kerangka untuk arsitektur sel kompleks Asgard Archaea,” tambah Florian Wollweber.
Selain filamen aktin, eukariota juga memiliki mikrotubulus. Struktur berbentuk tabung ini adalah komponen kunci kedua dari sitoskeleton dan terdiri dari banyak protein tubulin. Tabung kecil ini penting untuk proses transportasi dalam sel dan pemisahan kromosom selama pembelahan sel
Asal mula mikrotubulus ini tidak jelas – sampai sekarang. Dalam artikel yang baru diterbitkan di Sel para peneliti menemukan struktur terkait di Asgard Archaea dan menggambarkan strukturnya. Eksperimen ini menunjukkan bahwa tubulin Asgard membentuk mikrotubulus yang sangat mirip, meskipun lebih kecil dari yang ada di kerabat eukariotik mereka.
Namun, hanya sedikit Lokiarchaeum Sel membentuk mikrotubulus ini. Dan, tidak seperti Actin, protein tubulin ini hanya muncul pada sedikit spesies Asgard Archaea.
Para ilmuwan belum mengerti mengapa tubulin muncul begitu jarang di Lokiarchaea, atau mengapa mereka dibutuhkan oleh sel. Dalam eukariota, mikrotubuless bertanggung jawab untuk proses transportasi di dalam sel. Dalam beberapa kasus, protein motorik “berjalan di sepanjang” tabung ini. Para peneliti belum mengamati protein motorik seperti itu di Asgard Archaea.
“Namun, kami telah menunjukkan bahwa tabung yang terbentuk dari tubulin ini tumbuh di satu ujung. Oleh karena itu kami curiga bahwa mereka melakukan fungsi transportasi yang sama dengan mikrotubulus dalam eukariota,” kata Jingwei Xu, penulis pertama dari The the the the The Sel belajar. Dia menghasilkan tubulin dalam kultur sel dengan sel serangga dan memeriksa strukturnya.
Para peneliti dari bidang mikrobiologi, biokimia, biologi sel dan biologi struktural berkolaborasi erat dalam penelitian ini. “Kami tidak akan pernah berkembang sejauh ini tanpa pendekatan interdisipliner ini,” menekankan Pilhofer dengan tingkat kebanggaan.
Apakah sitoskeleton penting untuk pengembangan kehidupan yang kompleks? Sementara beberapa pertanyaan tetap tidak terjawab, para peneliti yakin bahwa sitoskeleton adalah langkah penting dalam evolusi eukariota.
Langkah ini bisa terjadi aeons yang lalu, ketika sebuah Asgard Archaeon melibatkan bakteri dengan pelengkapnya. Dalam perjalanan evolusi, bakteri ini berkembang menjadi mitokondria, yang berfungsi sebagai pembangkit tenaga listrik sel modern. Seiring waktu, nukleus dan kompartemen lainnya berevolusi – dan sel eukariotik lahir.
“Sitoskeleton yang luar biasa ini mungkin berada di awal perkembangan ini. Ini bisa memungkinkan Asgard Archaea untuk membentuk pelengkap, sehingga memungkinkan mereka untuk berinteraksi, dan kemudian mengambil dan menelan bakteri,” kata Pilhofer.
Memancing untuk Asgard Archaea
Pilhofer dan rekan -rekannya sekarang berencana untuk mengalihkan perhatian mereka pada fungsi filamen aktin dan tubulin archaeal bersama dengan mikrotubulus yang dihasilkan.
Mereka juga bertujuan untuk mengidentifikasi protein yang telah ditemukan oleh para peneliti di permukaan mikroba ini. Pilhofer berharap timnya akan dapat mengembangkan antibodi secara tepat dirancang untuk protein ini. Ini akan memungkinkan para peneliti untuk “memancing” khusus untuk Asgard Archaea dalam kultur mikroba campuran.
“Kami masih memiliki banyak pertanyaan yang belum terjawab tentang Asgard Archaea, terutama mengenai hubungan mereka dengan eukariota dan biologi sel mereka yang tidak biasa,” kata Pilhofer. “Melacak rahasia mikroba ini sangat menarik.”
Referensi
Wollweber F, Xu J, et al. Mikrotubulus di Asgard Archaea, Cell, Diterbitkan Online 21 Maret 2025, DOI 10.1016/J.Cell.2025.02.027
Rodrigues-Oliveira, T., Wollweber, F., Ponce-Toledo, RI et al. Sitoskeleton aktin dan arsitektur sel yang kompleks dalam archaeon Asgard. Alam 613, 332-339 (2023). Doi: 10.1038/s41586-022-05550-y
