Livet på jorden kan klassificeres i to hovedkategorier: eukaryoter (f.eks. planter, dyr, svampe, amøber) og prokaryoter (f.eks. bakterier og arkæer). I sammenligning med relativt simple prokaryote celler har eukaryote celler kompleks cellulær organisation. Hvordan en sådan cellulær kompleksitet udviklede sig, har undret videnskabsmænd i årtier. Den fremherskende hypotese for udviklingen af eukaryoter involverer fusionen, eller symbiosen, af to prokaryoter - en arkæon og en bakterie - for næsten to milliarder år siden, i miljøer med lidt ilt. Forskere antager, at disse mikrober samarbejdede med hinanden for at overleve uden ilt ved at udveksle næringsstoffer. Selvom vi ikke ved, hvad disse næringsstoffer var, tror mange forskere, at brint kan være svaret.
For at finde et svar på dette to milliarder år gamle mysterium kigger forskere på genomer fra moderne prokaryoter og eukaryoter for at finde gener til at leve uden ilt- og næringsstofmetabolisme med brint. Ligesom fossiler har genomer spor til deres forfædres evolutionære historie. I vores celler har vi en specialiseret fabrik kaldet mitokondriet - eller cellens kraftcenter - som hjælper os med at lave energi ved at bruge den ilt, vi indånder, og det sukker, vi spiser. Nogle mitokondrier er dog i stand til at lave energi uden ilt ved at producere brintgas. Da brint er blevet foreslået at have været et vigtigt næringsstof for oprindelsen af eukaryoter, tror forskerne, at brintproduktion var til stede i en af de to milliarder år gamle partnere: arkæonen eller bakterien. Der er dog ingen beviser for dette med nuværende data.
I en artikel offentliggjort i Science Advances har et hold internationale forskere opdaget en uventet kilde til disse gener på bunden af havet fra Anoxychlamydiales, en nyopdaget gruppe af Chlamydiae. Anoxychlamydiales lever uden ilt og har gener til at producere brint - en egenskab, der aldrig før er blevet identificeret hos Chlamydiae. Forskerne var overraskede over at opdage, at de klamydiagener til brintproduktion lignede dem, der findes i eukaryoter. Dette tyder stærkt på, at gamle klamydiaer bidrog med disse gener under udviklingen af eukaryoter.
"I vores undersøgelse identificerede vi det første bevis for, hvordan eukaryoter fik generne til at lave brint, og det var fra en fuldstændig uventet kilde!" siger medforfatter Courtney Stairs, postdoc-forsker ved Uppsala Universitet i Sverige. Medforfatter Jennah Dharamshi, ph.d.-studerende fra Uppsala Universitet, tilføjer: "Vi fandt nye beviser for, at det eukaryote genom har en mosaik-evolutionær historie og er ikke kun kommet fra Archaea og mitokondrierne, men også fra Chlamydiae."
"Det er vigtigt at forstå, hvor brintmetabolismen kom fra i eukaryoter, for at få indsigt i, hvordan vores to milliarder år gamle forfædre udviklede sig," siger seniorforfatter Thijs Ettema, professor ved Wageningen University and Research i Holland og koordinator af det internationale forskerhold. "I årevis tænkte jeg, at hvis vi nogensinde fandt ud af, hvor eukaryot brintmetabolisme kom fra, ville vi have et klarere billede af, hvordan eukaryoter udviklede sig - men at finde ud af, at disse gener kunne komme fra Chlamydiae, har rejst endnu flere spørgsmål," Courtney Trapper tilføjes.
Hvordan fik eukaryoterne fat i disse gener?
"Vi ved, at mikroorganismer rutinemæssigt deler gener med hinanden i en proces kaldet 'genoverførsel'. Vi kan finde disse overførselsbegivenheder ved at bygge stamtræer for hvert gen og lede efter mønstre i deres udvikling" forklarer Courtney Stairs. I dag er de nærmeste slægtninge til arkæonen, der deltog i den indledende symbiose, Asgard archaea. Disse arkæer findes også på bunden af havet, hvor Anoxychlamydiales opholder sig. "Asgard archaea og Anoxychlamydiales findes begge levende under havbunden, hvor der ikke er ilt," forklarer Thijs Ettema, "deres samliv kunne have gjort det muligt for gener at blive overført mellem disse mikrobers forfædre."
At finde klamydiaer, der kan leve uden ilt, har vigtige konsekvenser i sig selv. Disse bakterier er typisk kendt som patogener hos mennesker og andre dyr, selvom de også kan inficere enkeltcellede eukaryoter såsom amøber. Alle klamydiaer, der er kendt til dato, lever inde i eukaryote celler.
"At finde klamydiaer, der måske er i stand til at leve uden ilt, producere brint og leve uden for en eukaryot, udfordrer vores tidligere forestillinger" siger Jennah Dharamshi, "vores resultater tyder på, at klamydiaer kan være vigtige medlemmer af økosystemet på havbunden og at måske alle klamydiaer alligevel ikke er så slemme."
