חוקרים פענחו את מבנה השלד של ארכאונים אסגרדיים וגילו: הוא דומה לזה של היצורים בעלי הגרעין
היצורים החיים בכדור הארץ מתחלקים לשלוש על-ממלכות. לא, לא מדובר בצמחים, פטריות ובעלי חיים: למעשה, הם נמצאים יחד בעל ממלכה אחת, שנקראת האירקיוטים, וכוללת את כל היצורים בעלי הגרעין והאברונים התוך-תאיים, החל באצות ופטריות חד-תאיות וכלה ביצורים רב-תאיים כמו עצים, דגים, חרקים ובני אדם.
שתי העל ממלכות האחרות, החיידקים והארכאונים, כוללות יצורים חד-תאיים נטולי גרעין תא ואברונים, שנקראים "פרוקריוטים". בעבר נחשבו הארכאונים לקבוצה בתוך החיידקים, ורק בשנות ה-70 של המאה ה-20 הבינו שמדובר בעל ממלכה נפרדת. לפני כמה שנים התגלתה קבוצה נוספת של ארכאונים שקיבלה את השם אסגרד, בהשראת המיתולוגיה הנורדית, ונמצא שהם הארכאונים הקרובים ביותר מבחינה גנטית ליצורים בעלי הגרעין. עתה, באמצעות שיטות דימות מתקדמות, התברר שהקירבה הזאת באה לידי ביטוי גם במבנה התאי שלהם, שכולל שלד תא דומה לזה של יצורים בעלי גרעין. הממצאים מחזקים את ההשערה שלאסגרדים וליצורים האיקריוטים יש אב קדמון משותף, שחי לאחר האב המשותף של האיקריוטים והפרוקריוטים כולם.
הארכיאונים האסגרדים קרובים במיוחד ליצורים האיקריוטים. עץ אבולוציוני המראה שהענף המוביל אל האיקריוטים מתפצל מזה של האסגרדים | © Florian Wollweber, ETH Zürich
רב הנסתר על הגלוי
רוב המחקרים על ארכאוני אסגרד נעשו על סמך ניתוח גנטי של מקטעי DNA שנאספו מקרקעית הים, שם הם חיים. לדוגמה, מחקר משנת 2021 מצא מאות גֵנים דומים בתפקודם לאלה של יצורים בעלי גרעין, למשל בבניית שלד התא. אולם המידע הגנטי אינו מספק מידע מהעולם הממשי: איך האסגרדים נראים? איך הם מתפקדים?
אחת הבעיות הגדולות בחקר האסגרדים היא שקשה לשחזר במעבדה את התנאים הדרושים להם כדי לחיות, ולכן לא קל לבודד ולגדל אותם בתרביות. לפני שלוש שנים הצליחו חוקרים מיפן לגדל תרביות של ארכאוני פרומתאוס ארכאה (Prometheoarchaeum), ללמוד את תהליכי חילוף החומרים שלהם, ואף לצלם אותם במיקרוסקופ אלקטרונים. בתמונות נמצא שיש להם גוף תא כדורי שממנו יוצאות כמה שלוחות דמויות זרוע ארוכה. אולם המבנה הפנימי של התא – ובייחוד קרום התא ומבנה השלד שלו – נותר בלתי ידוע.
במחקר שפורסם בכתב העת Nature, ניסו כריסטה שלפר (Schleper) מאוניברסיטת וינה, מרטין פילהופר (Pilhofer) מהמכון הטכנולוגי בציריך ועמיתיהם, לפענח את המבנה הפנימי של הארכאונים. בחיפוש אחרי ארכאונים שקל יחסית לגדל, הם גילו ארכאון אסגרדי ממערכה בשם לוקי (Lokiarchaeota) שגדל בקרקעית של מקווי מים רדודים לחופי סלובניה. הדגימות שנלקחו גדלו בתרביות בטמפרטורה נוחה של 20 מעלות צלזיוס, והתרבו הרבה יותר מהר מארכאוני פרומתאוס.
החוקרים נעזרו במיקרוסקופ אלקטרונים לצילום תמונות ברמת הפרדה (רזולוציה) גבוהה של הארכאון. הארכאונים זוהו בתמונות לפי מבנה הריבוזומים שלהם, ששונה במקצת מזה של חיידקים או ארכאונים אחרים. גם הפעם היה לארכאונים האסגרדים גוף תא כדורי שממנו בוקעות זרועות ארוכות. לעומת זאת, חיידקים וארכאונים אחרים היו בצורת כדור או מתג ללא שלוחות.
ראשית התמקדו החוקרים בקרום התא של התאים. בניגוד לחיידקים, שאצלם נצפו קרום תא פנימי וקרום תא חיצוני, אצל כל הארכאונים – אסגרדים ואחרים – יש קרום תא יחיד. סביבו נצפתה שכבת חלבון, המשותפת לכל הארכאונים. אולם אצל האסגרדים, שכבת החלבון סביב הקרום לא הייתה מסודרת בצורה גבישית כמו אצל ארכאונים אחרים, אלא דמתה יותר לקרום של תא בעל גרעין, שחלבונים מפוזרים על פניו בצורה לא אחידה ובמרחקים שונים זה מזה.
לארכאונים האסגרדים גוף תא כדורי שממנו בוקעות זרועות ארוכות. צילום מיקרוסקופ אלקטרונים ארכיאון לוקי | © Thiago Rodrigues-Oliveira, Univ. Wien
השלד שבתא
כשבדקו בהמשך את המבנה הפנימי של התאים, מצאו החוקרים שהשלוחות של האסגרדים חיברו לפעמים בין ארכאון אחד לאחר. בתוך הזרועות, וכן בגוף התא, נמצאו סיבים דומים לאלה של השלד התאי האיקריוטי, המורכב מהחלבון אקטין. ואכן בחומר התורשתי של ארכאוני לוקי יש ארבעה גֵנים שמכילים הוראות לייצור חלבוני אקטין.
כדי להראות שהסיבים אכן עשויים מחלבון לוקי-אקטין, צבעו החוקרים את התאים בנוגדנים פלואורסצנטיים שמותאמים לזהות אותו. לאחר מכן השתמשו מיקרוסקופ רגיש במיוחד בטכנולוגיית סופר-רזולוציה על מנת לזהות היכן נמצא החלבון בתאים. כפי שצפו, הוא נכח לכל אורך גוף התא, לרבות השלוחות – בדומה לסיבי אקטין בתאים בעלי גרעין.
הממצאים הללו מקרבים אותנו צעד נוסף להבנת הביולוגיה של הארכאונים האסגרדים ולגלות איך התפתחו מהם, או לצידם, היצורים המורכבים בעלי גרעין תא ואברונים. החוקרים משערים שהיעדר שכבת החלבון הגבישי שמבודדת את הארכאונים הרגילים מאפשר להם לקיים יחסי קרבה גדולים יותר עם שכניהם, ואולי גם עם מינים אחרים. החוקרים מקווים שהגידול הפשוט למדי של ארכאוני לוקי שהם בודדו יאיץ את חקר המבנה והפיזיולוגיה של האסגרדים. המחקר על האסגרדים חשוב להבנת האקולוגיה של החיים על קרקעית הים, וגם להבנה איך נוצרנו אנו – היצורים האיקריוטיים.
