Videnskabeligt gennembrud giver ny viden om, hvordan komplekst liv opstod på Jorden

Japanske forskere har gravet i mudder i tolv år efter svaret.

Forskerne har nu fundet tegn på, at flercellede organismer stammer fra en sammensmeltning af mikroorganismer kaldet arkæer og bakterier. Flere typer arkæer lever i ekstreme miljøer som eksempelvis Grand Prismatic Lake her i Yellowstone National Park i USA. (© WikiMedia Commons)

Selvom det stadig er et mysterium, hvordan det allerførste liv opstod her på Jorden, er forskerne nu kommet et skridt nærmere at kunne forklare, hvordan de første flercellede organismer så dagens lys.

Flercellede organismer er nemlig grundlaget for rigtig meget af det liv, vi kender her på Jorden. Alle mennesker, planter og dyr er flercellede. Mikroorganismer, som bakterier og en anden gruppe kaldet arkæer, består derimod af enkelte celler.

Og nu har et hold japanske forskere udgivet en videnskabelig artikler der viser, at det med stor sandsynlighed var sammensmeltningen af netop en arkæ og en bakterie, der dannede grundlaget for den allerførste flercellede organisme.

Mikrobiologer har længe haft en teori om, at komplekst liv opstod ved en sådan sammensmeltning. Men de har ikke haft nogle fysiske beviser for det. Indtil nu.

Og det er et kæmpe gennembrud for mikrobiologien, lyder det fra Ditlev Egeskov Brodersen, der er strukturbiolog ved Aarhus Universitet og netop forsker i mikroorganismer såsom bakterier og arkæer.

- Det er stort, det her. Ingen har før været i stand til at holde denne specielle type arkæer, som vi kalder Asgaard-arkæer, i live i laboratoriet. Men nu har forskerne vist, at de kan få dem til at vokse indendørs. Og de har opdaget, at den ikke kan vokse alene, den skal have en bestemt bakterie omkring sig, siger han.

Forskere kendte kun til eksistens gennem DNA-rester

I 1977 opdagede to amerikanske forskere gennem DNA-analyser, at arkæer og bakterier er to helt forskellige typer organismer.

Før opdagelsen troede forskerne, at livet her på Jorden skulle deles op i to overordnede ‘domæner’ - de encellede organismer kaldet ‘prokaryoterne’ og flercellede organismer kaldet ‘eukaryoterne’. Det skal dog lige siges, at der findes encellede 'eukaryoter', men ingen flercellede 'prokaryoter'.

De to forskere kunne dog vise, at der var et tredje ‘domæne’ - nemlig arkæerne.

Arkæer, der er mikroskopiske organismer, lever i nogle af de mest ugæstfri miljøer her på Jorden. De trives i kogende svovlsøer i Yellowstone National Park, på havbunden, hvor 400 grader varmt vand strømmer ud fra Jordens indre, og i mudderet de allerdybeste steder.

Mange steder på havbunden strømmer flere hundrede grader varmt vand op af undergrunden. Det er ved "skorstene" som denne mange typer arkæer trives. Her kan der nemlig ikke leve meget andet, men vandet er fyldt med mineraler, som arkæerne mæsker sig i. (© Schmidt Ocean Institute)

Og netop fordi de lever i så ugæstfri miljøer, er det ikke før nu lykkedes forskerne at studere levende arkæer i laboratoriet.

Vi kendte sådan set kun til deres eksistens, fordi forskerne eksempelvis havde samlet mudderklumper op fra havbunden og analyseret alt DNA i prøven, forklarer Ditlev Egeskov Brodersen.

- Tidligere har man taget prøver fra sedimenter og analyseret alt DNA i prøven for at finde ud af, hvad den indeholder. Og derfor kunne man ikke være sikker på, at alt DNA’et kom fra samme organisme, men det kan vi altså nu, siger han.

Hentede organisme op fra 2,5 kilometers dybde

Den type arkæ, som de japanske forskere tog med tilbage i laboratoriet, fandt de i mudderet på havbunden i den såkaldte ‘Omine-grav’, der ligger ud for Japans kyst.

Ved hjælp af en lille ubåd hentede de mudderet op og placerede det i en bioreaktor. Herinde kunne de simulere de forhold, som arkæerne lever under nede i mudderet, hvor der stort set ikke er noget ilt.

Ilt er nemlig giftigt for dem, forklarer Ditlev Egeskov Brodersen.

- Denne type arkæer er en såkaldt anaerob organisme. Det betyder, at de ikke, ligesom alle flercellede dyr, har brug for ilt for at overleve. I stedet for ilt benytter de svovl eller andre mineraler, siger han.

Mikroskop-billede af den type arkæ, som de japanske forskere har hentet op fra havbunden. På billedet kan man se dens lange fangarme, som den sandsynligvis bruger til at holde livsnødvendige bakterier tæt på sig. (© Nature)

Resultater fylder hul i udbredt teori

I omkring 12 år arbejdede forskerne fra Japan på at forstå og skabe de optimale vilkår for arkæen i bioreaktoren.

Og det lykkedes dem efter noget tid at få den til at formere sig ved at fodre den med proteinstoffer fra blandt andet mælkepulver til babyer. De fandt desuden ud af, at den var afhængig af én bestemt bakterie for at kunne dele sig.

- Den bakterie giver arkæen nogle næringsstoffer og får selv andre igen. På den måde er de afhængige af hinanden, siger Ditlev Egeskov Brodersen.

Lige netop afhængigheden mellem bakterien og arkæen er med til at underbygge den teori, at flercellede organismer er opstået ved, at en bakterie og en arkæ på et tidspunkt smeltede sammen.

Forskerne opdagede nemlig, at arkæen har nogle lange fangarme, hvilket fik dem til at spekulere på, om de kunne være årsag til, at bakterien og arkæen med tiden voksede helt sammen.

Det løser nemlig også et problem med den her teori, som forskerne i årevis har kæmpet med.

- Hvis én celle skal opsluge en anden celle, skal opslugeren have en vis størrelse. Ligesom vores immunceller, der er meget større end de bakterier, de bekæmper og opsluger. Men bakterier og arkæer er nogenlunde lige store, så man har ikke helt kunnet forklare, hvordan de kunne smelte sammen, siger Ditlev Egeskov Brodersen og fortsætter:

- Men forklaringen med fangarmene løser det problem. Og det giver sådan set ret god mening.

Rester af bakterie i vores egne celler

Et andet argument for teorien om, at flercellede organismer stammer fra en sammensmeltning mellem en bakterie og en arkæ, er, at alle flercellede organismer indeholder bakterielignende strukturer, kaldet mitokondrier, inde i cellen, forklarer Ditlev Egeskov Brodersen.

- Mitokondrierne har deres egen DNA, hvilket tyder på, at de engang har været en selvstændig organisme. Alle flercellede organismer har mitokondrier, der står for at omdanne kulstofforbindelser og ilt til den energi, som cellen har brug for. Bakterier og arkæer har derimod ingen mitokondrier, siger han.

Selvom mitokondrierne ikke kan leve uden for vores celler i dag, så har de muligvis kunnet det engang, forklarer han.

- Mitokondrierne har nemlig ligesom cellen, de bor i, deres egen proteinfabrik. Så de kunne nok godt leve selvstændigt engang. Men i dag er de afhængige af proteiner, der kun er opskrift på i kromosomerne i cellekernen, siger han.