I en ny undersøgelse offentliggjort af Nature foreslår et internation alt team af forskere ledet af Uppsala Universitet i Sverige en ny evolutionær oprindelse for mitokondrier - også kendt som 'cellens kraftcentre'. Mitokondrier er energikonverterende organeller, der har spillet nøgleroller i fremkomsten af komplekst cellulært liv på Jorden.
Mitokondrier er essentielle organeller, der er bedst kendt for de energiomdannelsesreaktioner, der giver næring til vores celler. Mitokondrier repræsenterer vigtige kendetegn for eukaryote celler - alle komplekse celletyper, inklusive mennesker, dyr, planter, svampe og så videre - i det væsentlige alle levende ting synlige med det blotte øje. Det faktum, at alle eukaryote celler har (eller engang havde) mitokondrier indikerer, at oprindelsen af disse organeller sandsynligvis spillede en dybtgående rolle i den evolutionære fremkomst af komplekse eukaryote celler. Beviser fra de sidste par årtier understøtter kraftigt, at mitokondrier udviklede sig via endosymbiose, en proces, hvor en fritlevende bakterie optages af en værtscelle. Alligevel er både identiteten af den mitokondrielle forfader, såvel som arten af endosymbiosen, genstand for heftige debatter.
"Tidligere arbejde har givet stærke beviser for, at mitokondrier er relateret til en bakteriegruppe kendt som Alphaproteobacteria," siger Joran Martijn, postdoc-forsker ved Uppsala Universitet og førsteforfatter af undersøgelsen. "Hvorfra den alfaproteobakterielle afstamning mitokondrier udviklede sig, er stadig uklart - forskellige undersøgelser har peget på radik alt forskellige alfaproteobakterielle grupper. For at forstå oprindelsen af mitokondrier, men også eukaryotes, er det afgørende at kende identiteten af mitokondrielle forfader."
Nogle videnskabsmænd foreslog, at mitokondrier udviklede sig fra Rickettsiales, en parasitisk gruppe af bakterier, der ligesom mitokondrier lever inde i eukaryote celler, og som generelt er fuldstændig afhængige af deres værtscelle for at overleve. Dets mest berømte medlem, Rickettsia prowazekii, er et berygtet menneskeligt patogen, der forårsager tyfus.
"Vi mener, at der er to hovedårsager til manglen på konsensus om identiteten af den mitokondrielle forfader," siger Thijs Ettema, forsker ved Institut for Celle- og Molekylærbiologi ved Uppsala Universitet, der ledede holdet, der gennemførte undersøgelse. "For det første er det muligt, at nutidens slægtninge simpelthen ikke er fundet endnu - hvis de overhovedet stadig eksisterer. For det andet er rekonstruktionen af mitokondriernes evolutionære historie ekstremt udfordrende og kan let føre til meget forskellige og dermed modstridende resultater.."
Uppsala-teamet forsøgte at tackle dette dødvande ved at bruge en modig tilgang. Ved at analysere store mængder miljø-sekventeringsdata fra Stillehavet og Atlanterhavet lykkedes det at identificere flere tidligere uidentificerede alfaproteobakterielle grupper. Ved hjælp af nyudviklede metoder lykkedes det derefter holdet at rekonstruere genomerne fra over 40 alfaproteobakterier, der tilhører 12 forskellige grupper.
"De udvidede sæt genomer af disse nyligt identificerede alfaproteobakterier hjalp væsentligt vores bestræbelser på at lokalisere mitokondriers position," siger Martijn. "Vi håbede, at vi ved at bruge et mere afbalanceret sæt alfaproteobakterier i vores analyser kunne overvinde nogle af de problemer, som tidligere undersøgelser kæmpede med."
Uventet understøttede deres analyser en ny position af mitokondrier, som nu var placeret uden for Alphaproteobacteria.
Disse resultater indikerer, at mitokondrier ikke er de nærmeste slægtninge til nogen af de aktuelt anerkendte alfaproteobakterielle grupper, inklusive Rickettsiales. Mitokondrierne udviklede sig snarere fra en forfader, som senere gav anledning til alle i øjeblikket anerkendte Alphaproteobacteria.
"Vi formoder, at mitokondriers populære Rickettsiales-relaterede herkomst er resultatet af en metodologisk artefakt." forklarer Martijn. "Mitokondrier og Rickettsiales har udviklet sig under meget lignende forhold, hvilket kunne have resulteret i meget lignende, men uafhængige evolutionsmetoder og sekvensmønstre. Dette kan igen have kompliceret tidligere bestræbelser på at bestemme mitokondriernes evolutionære oprindelse."
Undersøgelsen kunne ikke identificere nogen nutidige slægtninge til mitokondrielle forfader.
"Dette var selvfølgelig noget skuffende," siger Ettema. "Men måske har vi ledt det forkerte sted. I denne undersøgelse fokuserede vi på oceaniske farvande, da disse var kendt for at indeholde et væld af ukarakteriserede alfaproteobakterier."
Ettema og hans team vil fortsætte deres søgen efter mitokondrielle slægtninge. "At opklare mitokondriers oprindelse er nøglen til at forstå oprindelsen af komplekst liv. Hvis moderne mitokondrielle slægtninge stadig eksisterer, er jeg overbevist om, at vi vil finde dem på et tidspunkt."
