Fontos adalék a sejtmagos mikrobák kialakulásához

Az élőlények kialakulásakor elsőként sejtmag nélküli mikrobák – prokarióták – jöttek létre, később pedig kialakultak a sejtmaggal is rendelkezők – az eukarióták, ez utóbbiak jelentették a soksejtű élőlények, így a hozzánk vezető út alapját. Régi kérdés azonban, hogy mikor és hogyan zajlott le ez a rendkívüli fontosságú evolúciós lépés. Most a Tohoku Egyetem és a Tokiói Egyetem kutatóiból álló csoport egy kanadai lelőhely új mikrofosszíliái révén segíti megválaszolni e kérdést, a kutatók a Precambrian Research szakfolyóiratban ismertették az eredményeket.

Az 1,9 milliárd éves Gunflint-formáció a Felső-tó mentén, az USA Minnesota államának északi határától a kanadai Ontairo tartományába átnyúló vasérctartalmú kőzetformáció. 1954-ben itt fedezték fel az első baktérium-mikrofosszíliákat, azóta ezek a leletek az élet fejlődésének referenciapontjaként szerepelnek.

Bár az 1970-es évek óta rengeteg vizsgálatot végeztek az itteni ősmikrobákon, nem született minden kétséget kizáró eredmény az eukariótákat illetően. Ennek köszönhető, hogy a japán kutatók egy geológiai felméréssel együtt új, mikrofosszíliákat tartalmazó kőzetmintákat gyűjtöttek itt, amelyek tartalmát aztán elemezték is.

A megkövült ősmikrobákról nanoSIMS (nanoléptékű másodlagos ion tömegspektrométer) segítségével végeztek felméréseket, majd az ezekből kapott adatokból a mikrobasejtek 3 dimenziós alakját és méreteloszlását vizsgálták. A mikrobákat ez alapján ötféle osztályba sorolhatták be: csoportos, ovális, sejten belüli zárványt tartalmazó, tüskés, illetve farokkal rendelkező. Minden esetben igazolta az adott képződmények biológiai eredetét a bennük kimutatható kémiai összetétel is, a szén, a nitrogén és a kén elhelyezkedése e sejteken belül.

„Ezek az újonnan talált mikrofosszíliák sokkal funkcionálisabbak” – mondta a kutatócsoportot vezető Kohei Szaszaki. „Az ovális alakúak a modern cianobaktériumokra hasonlítanak, amelyek amiatt alakultak ki, hogy a zord környezet viszontagságainak képesek legyenek ellenállni. A kémiai elemzésekből pedig az derült ki, hogy a zárványokat tartalmazó sejtek teli voltak tápanyagokkal.”

A kutatók szerint ez azt jelenti, hogy a mikroorganizmusok azért fejlesztették ki a tápanyagtárolás képességét, hogy ellenállhassanak a környezeti stresszhatásoknak. A zárványokban a sejtfal szerves anyagaihoz képest sokkal nagyobb mennyiségben voltak jelen a nitrogéntartalmú szerves anyagok.

Emellett a tüskés és farokkal rendelkező típusok e külső függelékeik révén könnyebben hozzáférhettek a tápanyagokhoz, és mozogni is képesek voltak, elősegítve a sejtek közti kapcsolatok, kölcsönhatások kialakulását – ezek pedig az eukariótákra jellemző tulajdonságok.

„Bár a sejtek mérete még egyértelműen a prokariótákra jellemző tartományú, de már kifejlesztettek olyan funkciókat, amelyek az eukarióták sajátosságai” – tette hozzá Szaszaki. Ez azt jelenti a kutatók szerint, hogy a funkciók sokfélesége a prokariótákban már azelőtt elkezdett kialakulni, előkészülve a további evolúcióra, hogy az eukarióták 1,8-1,6 milliárd éve megjelentek volna.

E változásokat, a mikrobák sokféleségének és terjeszkedésének lehetőségét valószínűleg a korabeli különleges környezet indíthatta el. A kőzetek fokozott oxidatív mállása révén sok tápanyag jutott a tengerekbe, megemelkedett a vízhőmérséklet, s a tengeri környezet instabillá vált. „E körülmények közepette a mikrobák, valószínűleg a túlélési stratégiájuk részeként váltak sokféle alakúvá, ezzel kijelölték az utat az eukarióták kialakulásához” – magyarázta Szaszaki.

E leletek alapján a korszak prokariótái jóval változatosabbak és komplexebbek voltak mint eddig hittük, és már a Gunflint-formáció korában elkezdődtek az eukariótákhoz vezető változások.