Τα αρχαία – μαζί με τα βακτήρια και τα ευκαρυωτικά, ένας από τους τρεις κύριους τομείς της ζωής – συχνά παραβλέπονται και μερικές φορές συγχέονται με τα βακτήρια λόγω της μονοκυτταρικότητάς τους και της απουσίας κυτταρικού πυρήνα.

Ωστόσο, τα αρχαία απαντώνται σε διάφορα περιβάλλοντα, από το πλαγκτόν στον ωκεανό έως το ανθρώπινο μικροβίωμα.

Τα αρχαία είναι μονοκύτταροι μη πυρηνικοί οργανισμοί, που διακρίνονται από τα ευβακτήρια (“αληθινά βακτήρια”), που συνήθως ζουν σε ακραία περιβάλλοντα. Οι δύο αυτές προαναφερθείσες ομάδες ανήκουν στους προκαρυώτες (προκαρυωτικά κύτταρα).

Αρχικά θεωρούνταν ότι ήταν εξελικτικά παλαιότερα από τα αληθινά βακτήρια. Ωστόσο, είναι πλέον γνωστό ότι αυτές οι ομάδες έχουν εξελιχθεί παράλληλα και είναι εξίσου παλιές.

Οι γενετικές μελέτες έχουν δείξει ότι τα αρχαία είναι πολύ διαφορετικά από τα βακτήρια και σχετίζονται περισσότερο με τους ευκαρυώτες (ευκαρυωτικά κύτταρα): μπορεί μάλιστα και να είναι η αρχική ομάδα από την οποία εξελίχθηκαν οι ευκαρυώτες.

Παρά την επιφανειακή ομοιότητά τους με τα βακτήρια, το γενετικό τους υλικό υποδηλώνει από καιρό μια στενότερη εξελικτική σχέση με τους ευκαρυώτες, τον τομέα που περιλαμβάνει τα φυτά και τα ζώα. Αυτή η νέα μελέτη αποκαλύπτει μια αξιοσημείωτη ικανότητα των αρχαίων να οργανώνονται πέρα από την μονοκύτταρη ύπαρξή τους υπό συγκεκριμένες φυσικές συνθήκες.

Γοητευμένοι από τον μοναδικό συνδυασμό γενετικών και δομικών χαρακτηριστικών των αρχαίων κυττάρων – ιδίως από την πρωτεϊνική επιφανειακή τους στιβάδα αντί για ένα άκαμπτο κυτταρικό τοίχωμα – ερευνητές από το Πανεπιστήμιο Brandeis, το Εργαστήριο Μοριακής Βιολογίας MRC στο Κέιμπριτζ και το Ινστιτούτο Βιολογίας Max Planck στην Τυβίγγη προσπάθησαν να διερευνήσουν τη μηχανική βιολογία αυτών των αρχαίων οργανισμών.

Ο επικεφαλής ερευνητής Alex Bisson από το Πανεπιστήμιο Brandeis εξηγεί: "Η απουσία ενός ομοιοπολικού κυτταρικού τοιχώματος υποδηλώνει μια πιο δυναμική, αλλά λιγότερο άκαμπτη δομή, γεγονός που οδηγεί στην υπόθεση ότι τα αρχαία μπορεί να είναι "μαλακά" και ευαίσθητα σε μηχανικά ερεθίσματα". Αυτή η αρχική περιέργεια οδήγησε σε μια απροσδόκητη και σημαντική ανακάλυψη.

Η έρευνά τους οδήγησε στην τυχαία αναγνώριση της πολυκυτταρικότητας και στους τρεις τομείς της ζωής και έδειξε τη σημασία των μηχανικών δυνάμεων στη δημιουργία ιστών αρχαίων. "Η εργασία μας δείχνει ότι η εμφάνιση της πολυπλοκότητας στη ζωή δεν περιορίζεται σε μερικούς ειδικούς κλάδους του γενεαλογικού δέντρου της ζωής – είναι μια βαθύτερη ιδιότητα που υπάρχει ακόμη και σε γενεαλογικές γραμμές που έχουμε παραβλέψει για πολύ καιρό", σημείωσε ο Vikram Alva, συν-κύριος συγγραφέας από το Ινστιτούτο Βιολογίας Max Planck στο Τύμπινγκεν.

Ο Pedro Escudeiro, μεταδιδακτορικός ερευνητής στην ομάδα Alva, πρόσθεσε: "Αυτή η εργασία υπογραμμίζει επίσης τη σημασία του συνδυασμού της συγκριτικής γονιδιωματικής και των παρατηρήσιμων χαρακτηριστικών για την ανακάλυψη γονιδίων που ευθύνονται για νέες συμπεριφορές – μια προσέγγιση που προωθεί εδώ και καιρό τις ανακαλύψεις σε φυτά και ζώα".

Ο ρόλος των μηχανικών δυνάμεων στην πολυκυτταρικότητα

Κατά τη διάρκεια της εργασίας τους με το Haloferax volcanii, ένα ανθεκτικό αρχαιοβακτήριο που ευδοκιμεί σε ακραίες συνθήκες όπως οι αλμυρές λίμνες, η ομάδα παρατήρησε μια εκπληκτική μεταμόρφωση. Αντί να υποστούν την τυπική κυτταρική διαίρεση, τα κύτταρα μεγάλωναν υπό μηχανική συμπίεση και οργανώνονταν σε ιστούς που περιείχαν πολλαπλά σύνολα γενετικού υλικού.

Στη μελέτη τους, περιγράφουν πώς η εύκαμπτη εξωτερική πρωτεϊνική στιβάδα συμβάλλει σε προσαρμοστικές στρατηγικές ανάπτυξης. "Ήταν η Theopi Rados, η πρώτη συγγραφέας που ηγήθηκε του έργου, η οποία παρατήρησε και περιέγραψε για πρώτη φορά αυτή την αξιοσημείωτη συμπεριφορά", δήλωσε ο Alex Bisson. "Όπως το έθεσε εύστοχα η συν-συγγραφέας Olivia Leland, είναι σαν τα κύτταρα να συμπιέζονται και στη συνέχεια να ενθαρρύνονται να αναπτυχθούν ευρύτερα και ψηλότερα, περισσότερο σαν μια ζύμη που φουσκώνει παρά σαν την παραδοσιακή κυτταρική διαίρεση", εξήγησε ο Alex Bisson.

Καθώς τα κύτταρα εκτέθηκαν σε μια συγκεκριμένη πίεση, μετατράπηκαν από μεμονωμένους οργανισμούς σε κοινότητες κυττάρων που συνδέονται μεταξύ τους. "Το γεγονός ότι μια τέτοια συμπεριφορά μπορεί να προκληθεί από έναν απλό φυσικό περιορισμό και περιλαμβάνει αναδιαμόρφωση του κυτταροσκελετού και συντονισμένη κυτταροποίηση υποδηλώνει ότι η ικανότητα δομικής οργάνωσης στη βιολογία είναι βαθύτερη από ό,τι πιστευόταν μέχρι τώρα", σημείωσε η Theopi Rados.

"Το γεγονός ότι τα αρχαία μπορούν να δημιουργήσουν σύνθετες δομές που μοιάζουν με ιστούς υποδηλώνει ότι η φύση μπορεί να αναπτύξει σύνθετα χαρακτηριστικά από φαινομενικά απλές πρώτες ύλες", προσθέτει ο Alex Bisson. "Αποκαλύπτοντας μόνο ένα μικρό μέρος της φυσικής ποικιλομορφίας, θα μπορούσαμε να προωθήσουμε τις πνευματικές και ιατρικές μας ανάγκες".

Ο Tanmay Bharat, ένας από τους κύριους συγγραφείς του MRC Laboratory of Molecular Biology στο Cambridge, υπογραμμίζει τις ευρύτερες επιπτώσεις της έρευνας στα αρχαία όντα στην πολυκυτταρικότητα: "Ανακαλύψαμε ότι η μηχανική συμπίεση προκαλεί πολυκυτταρικότητα – ένα αποτέλεσμα που είναι, το λιγότερο, εκπληκτικό!"

Επιπλέον, επισημαίνει ότι η ανακάλυψη αυτή θέτει το ερώτημα αν και άλλοι μονοκύτταροι οργανισμοί έχουν πιθανώς μια παρόμοια λανθάνουσα ικανότητα να αναπτύσσουν πολυκυτταρικότητα ως απόκριση σε περιβαλλοντικά ερεθίσματα.

Αν και είναι γενικά γνωστό ότι τα αρχαία βακτήρια δεν τους αρέσει να είναι περιορισμένα, πιθανώς επειδή η δομή του κυτταρικού τους περιβλήματος είναι πιο ευαίσθητη από αυτή άλλων μικροβίων, τα αρχαία βακτήρια έχουν προσθέσει μια νέα πτυχή στην κατανόησή μας για την πολυκυτταρικότητα. Αυτή η έρευνα ενθαρρύνει άλλους επιστήμονες να διερευνήσουν εάν η εφαρμογή παρόμοιων ερεθισμάτων θα μπορούσε να προκαλέσει τη μετάβαση άλλων οργανισμών που είναι συνήθως μονοκύτταροι σε πολυκυτταρικότητα.

Πηγές:
Μαx Planck Institut

Ειδήσεις υγείας σήμερα
Κουραμπιέδες, μελομακάρονα και μια αίσθηση ανεκπλήρωτου
Το πρώτο και μοναδικό βιο - ομοειδές φάρμακο για την πολλαπλή σκλήρυνση μπαίνει στις ΗΠΑ
Ι. Βαρδακαστάνης: Το αναπηρικό κίνημα συνεχίζει να αγωνίζεται και να διεκδικεί