Adolygwyd y dull traddodiadol o grwpio ffurfiau bywyd yn brocaryotau ac ewcaryotau ym 1977 pan ddatgelodd nodweddu dilyniant rRNA fod archaea (a elwid bryd hynny yn 'archaebacteria') ''mor gysylltiedig â bacteria ag y mae bacteria i ewcaryotau.'' Roedd hyn yn golygu bod angen grwpio organebau byw i ewbacteria (yn cynnwys yr holl facteria nodweddiadol), archaea, ac ewcaryotau. Parhaodd cwestiwn tarddiad ewcaryotau. Maes o law, dechreuodd tystiolaeth adeiladu o blaid hynafiaeth archaeaidd ewcaryotau. O ddiddordeb arbennig oedd y canfyddiad bod gan Asgard archaea rai cannoedd o enynnau proteinau llofnod ewcaryotig (ESPs) yn eu genom. Mae ESPs yn chwarae rhan hanfodol yn natblygiad cytoskeleton a nodweddion strwythurau cellog cymhleth ewcaryotau. Mewn astudiaeth arloesol a gyhoeddwyd ar 21 Rhagfyr 2022, mae ymchwilwyr wedi adrodd am feithrin diwylliant cyfoethog o Asgard archaea nad yw'n anodd dod o hyd iddo yn llwyddiannus y gwnaethant ei ddelweddu gan ddefnyddio tomograffeg cryo-electron. Sylwasant yn wir fod gan gelloedd Asgard sytosgerbwd cymhleth yn seiliedig ar actin. Hwn oedd y dystiolaeth weledol uniongyrchol gyntaf o dras archaeaidd ewcaryotau, cam arwyddocaol yn y ddealltwriaeth o darddiad ewcaryotau.
Hyd at 1977, cafodd y ffurfiau bywyd ar y Ddaear eu grwpio i mewn ewcaryotau (ffurflenni cymhleth a nodweddir gan gynnwys deunyddiau genetig y gell i mewn i gnewyllyn wedi'i ddiffinio'n dda a phresenoldeb cytoskeleton) a phrocaryotes (ffurfiau bywyd symlach gyda deunydd genetig mewn cytoplasm heb gnewyllyn penodol, gan gynnwys bacteria ac archaebacteria). Tybid bod cellwair ewcaryotau esblygu tua 2 biliwn o flynyddoedd yn ôl, yn ôl pob tebyg o'r procaryotes. Ond, sut yn union y tarddodd yr ewcaryotau? Sut mae'r ffurfiau bywyd cellog cymhleth, yn gysylltiedig â'r ffurfiau bywyd cellog symlach? Roedd hwn yn gwestiwn agored mawr mewn bioleg.
Bu datblygiadau technolegol mewn bioleg foleciwlaidd genyn a phrotein yn gymorth i ymchwilio i graidd y mater pan ganfuwyd, ym 1977, bod archaea (a elwid ar y pryd yn 'archaebacteria') yn ''mor gysylltiedig â bacteria ag y mae bacteria ewcaryotau. '' Roedd y gwahaniaeth cynharach rhwng ffurfiau bywyd i brocaryotau ac ewcaryotau yn seiliedig ar wahaniaethau ffenoteipaidd ar lefel organynnau celloedd. Yn lle hynny, dylai'r berthynas ffylogenetig fod yn seiliedig ar foleciwl sydd wedi'i ddosbarthu'n eang. Mae RNA ribosomaidd (rRNA) yn un biomoleciwl o'r fath sy'n bresennol ym mhob system hunan-ddyblygu ac y mae ei ddilyniannau'n newid ychydig iawn gydag amser. Roedd dadansoddiad yn seiliedig ar nodweddu dilyniant rRNA yn golygu bod angen grwpio organebau byw yn eubacteria (yn cynnwys yr holl facteria nodweddiadol), archaea, ac ewcaryotau1.
O ganlyniad, mae tystiolaeth o berthynas agosach rhwng archaea ac ewcaryotau yn dechrau dod i'r amlwg. Yn 1983, canfuwyd bod DNA-ddibynnol RNA polymerases o archaea a ewcaryotau o'r un math; mae'r ddau yn dangos priodweddau imiwnogemegol hynod debyg ac mae'r ddau yn deillio o strwythur hynafol cyffredin2. Yn seiliedig ar goeden ffylogenetig cyfansawdd tybiedig o bâr protein, datgelodd astudiaeth arall a gyhoeddwyd ym 1989, berthynas agosach rhwng archaea ac ewcaryotau nag i ewbacteria3. Erbyn hyn, mae tarddiad archaeal o ewcaryotau ei sefydlu ond roedd yr union rywogaethau archeaidd i'w nodi a'u hastudio.
Twf mewn astudiaethau genomig yn dilyn llwyddiant yn prosiect genom, wedi darparu llenwad mawr ei angen i'r ardal hon. Rhwng 2015-2020, canfu sawl astudiaeth fod Asgard archaea cario genynnau ewcaryotau penodol. Mae eu genomau yn cael eu cyfoethogi ar gyfer proteinau a ystyrir yn benodol i ewcaryotau. Nododd yr astudiaethau hyn yn glir mai Asgard archaea oedd ag agosatrwydd genetig at yr ewcaryotau oherwydd presenoldeb cannoedd o enynnau proteinau llofnod ewcaryotig (ESPs) yn eu genom.
Y cam nesaf oedd delweddu strwythur seler mewnol yr Asgard archaea yn gorfforol i gadarnhau rôl yr ESPs gan y credir yn eang bod ESPs yn chwarae rhan allweddol wrth ffurfio strwythurau cellog cymhleth. Ar gyfer hyn, roedd angen diwylliannau cyfoethog iawn o'r archaea hwn ond mae Asgard yn hysbys i fod yn ddirgel ac yn anodd dod o hyd iddo. achosi anhawster i drin y tir yn ddigon mawr i'w hastudio mewn labordy. Yn unol ag astudiaeth a adroddwyd yn ddiweddar ar 21 Rhagfyr 2022, mae'r anhawster hwn bellach wedi'i oresgyn.
Yn dilyn chwe blynedd o waith caled, mae'r ymchwilwyr wedi datblygu technegau'n fyrfyfyr ac wedi meithrin yn llwyddiannus mewn labordy ddiwylliant sydd wedi'i gyfoethogi'n fawr o 'Candidatus Lokiarchaeum ossiferum', aelod o'r ffylum Asgard. Roedd hyn yn gyflawniad rhyfeddol, hefyd oherwydd bod hyn wedi galluogi ymchwilwyr i ddelweddu ac astudio strwythurau cellog mewnol Asgard.
Defnyddiwyd tomograffeg cryo-electron i ddelweddu'r diwylliant cyfoethogi. Roedd gan gelloedd Asgard gyrff celloedd coccoid a rhwydwaith o allwthiadau canghennog. Roedd strwythur wyneb y gell yn gymhleth. Cytosgerbwd ymestyn ar draws y cyrff celloedd. Mae'r ffilamentau troellog dwbl yn cynnwys Lokiactin (sef homologau actin wedi'u hamgodio gan Lokiarchaeota). Felly, roedd gan gelloedd Asgard sytosgerbwd cymhleth yn seiliedig ar actin, y mae'r ymchwilwyr yn ei gynnig, yn rhagflaenu esblygiad y cyntaf. ewcaryotau.
Fel y dystiolaeth ffisegol/gweledol goncrid gyntaf o dras archaeaidd ewcaryotau, mae hwn yn gynnydd rhyfeddol mewn bioleg.
***
Cyfeiriadau:
- Gwaee CR a Fox GE, 1977. Strwythur ffylogenetig y parth procaryotig: Y prif deyrnasoedd. Cyhoeddwyd Tachwedd 1977. PNAS. 74 (11) 5088-5090. DOI: https://doi.org/10.1073/pnas.74.11.5088
- Huet, J., et al 1983. Mae archebacteria ac ewcaryotau yn meddu ar bolymerasau RNA sy'n ddibynnol ar DNA o fath cyffredin. EMBO J. 2, 1291–1294 (1983). DOI: https://doi.org/10.1002/j.1460-2075.1983.tb01583.x
- Iwabe, N., et al 1989. Perthynas esblygol archaebacteria, eubacteria, ac ewcaryotau wedi'u casglu o goed ffylogenetig o enynnau dyblyg. Proc. Natl Acad. Sci. UDA 86, 9355–9359. DOI: https://doi.org/10.1073/pnas.86.23.9355
- Rodrigues-Oliveira, T., et al. 2022. Cytosgerbwd Actin a phensaernïaeth celloedd cymhleth mewn archaeon Asgard. Cyhoeddwyd: 21 Rhagfyr 2022. Nature (2022). DOI: https://doi.org/10.1038/s41586-022-05550-y
***
