Η Purificación López García, η οποία εξελέγη στη Γαλλική Ακαδημία Επιστημών τον Ιανουάριο του 2025, ενδιαφέρεται για την προέλευση και τις κύριες διαφοροποιήσεις της ζωής στη Γη. Μελετά την ποικιλομορφία, την οικολογία και την εξέλιξη των μικροοργανισμών στους τρεις τομείς της ζωής (αρχαία, βακτήρια και ευκαρυωτικά). Μαζί με τον David Moreira, πρότεινε μια πρωτοποριακή υπόθεση για να εξηγήσει την προέλευση του ευκαρυωτικού κυττάρου, του κυττάρου από το οποίο αποτελούνται, μεταξύ άλλων, τα φυτά, τα ζώα και οι μύκητες. Είναι διευθύντρια έρευνας στο CNRS (Γαλλικό Εθνικό Κέντρο Επιστημονικής Έρευνας) από το 2007, στη μονάδα Οικολογίας-Κοινωνίας-Εξέλιξης στο Πανεπιστήμιο Paris-Saclay και τιμήθηκε με το Ασημένιο Μετάλλιο του CNRS το 2017. Μοιράστηκε την καριέρα και τις ανακαλύψεις της με τον Benoît Tonson, επικεφαλής του τμήματος Επιστήμης και Τεχνολογίας.
Η Συζήτηση: Ενδιαφέρεστε για την προέλευση της ζωής. Τη ζωή, την οποία ταξινομούμε σε τρεις κύριες ομάδες: ευκαρυωτικά κύτταρα, οργανισμοί των οποίων τα κύτταρα έχουν πυρήνα, όπως οι άνθρωποι ή τα φυτά για παράδειγμα· βακτήρια, τα οποία δεν έχουν πυρήνα· και ένα τρίτο, πιθανώς το λιγότερο γνωστό, τα αρχαία. Μπορείτε να μας μιλήσετε γι’ αυτά;
Purificación López García : Αυτός ο τομέας της ζωής αναγνωρίστηκε από τον Carl Woese στα τέλη της δεκαετίας του 1970. Όταν ξεκίνησα τις σπουδές μου στα τέλη της δεκαετίας του 1980, αυτή η ανακάλυψη δεν ήταν καθολικά αποδεκτή. Υπήρχε ακόμη σημαντική αντίσταση από ορισμένους βιολόγους στην αποδοχή ενός τρίτου τομέα της ζωής. Πίστευαν ότι αποτελούνταν απλώς από βακτήρια. Πράγματι, όπως τα βακτήρια, τα αρχαία είναι μονοκύτταρα και δεν έχουν πυρήνα. Ήταν απαραίτητο να μελετήσουμε τα γονίδια και τα γονιδιώματά τους για να δείξουμε ότι τα αρχαία και τα βακτήρια ήταν πολύ διαφορετικά μεταξύ τους, και μάλιστα ότι τα αρχαία ήταν πιο κοντά στους ευκαρυώτες παρά στα βακτήρια σε μοριακό επίπεδο.
Πώς μπόρεσε ο Carl Woese να ταξινομήσει τα ζωντανά όντα σε αυτούς τους τρεις τομείς;
Π. Λ. Γ.: Βρισκόμαστε λοιπόν στα τέλη της δεκαετίας του 1970. Αυτή είναι η εποχή που άρχισε να αναπτύσσεται η μοριακή φυλογένεση. Η θεμελιώδης ιδέα αυτού του κλάδου είναι ότι είναι δυνατή η εξαγωγή εξελικτικών πληροφοριών από τα γονίδια και τις πρωτεΐνες που κωδικοποιούνται στο γονιδίωμα όλων των ζωντανών όντων. Ορισμένα γονίδια διατηρούνται σε όλους τους οργανισμούς επειδή κωδικοποιούν RNA ή πρωτεΐνες των οποίων η λειτουργία είναι απαραίτητη για το κύτταρο. Ωστόσο, η αλληλουχία νουκλεϊκών οξέων (τα γράμματα που αποτελούν το DNA: A, T, C και G· U αντί για T στο RNA) και επομένως η αλληλουχία αμινοξέων των πρωτεϊνών που κωδικοποιούν (συνδυασμοί 20 γραμμάτων) θα ποικίλλουν. Συγκρίνοντας αυτές τις αλληλουχίες, μπορούμε να προσδιορίσουμε εάν ένας οργανισμός είναι περισσότερο ή λιγότερο στενά συγγενής με έναν άλλο και να ταξινομήσουμε όλους τους οργανισμούς ανάλογα με τον βαθμό εξελικτικής συγγένειάς τους.
Ο Carl Woese ήταν ο πρώτος που χρησιμοποίησε αυτήν την προσέγγιση για να ταξινομήσει όλα τα ζωντανά πράγματα: από τα βακτήρια μέχρι τους ελέφαντες, συμπεριλαμβανομένων των μυκήτων. Αρχικά δεν επικεντρώθηκε στο DNA αλλά στο RNA, και πιο συγκεκριμένα, στο ριβοσωμικό RNA. Το ριβόσωμα είναι η δομή που μεταφράζει το RNA σε πρωτεΐνες. Αυτή η δομή μπορεί να θεωρηθεί η πιο συντηρημένη σε όλους τους ζωντανούς οργανισμούς: υπάρχει σε κάθε κύτταρο.
Μέσω των συγκρίσεων των αλληλουχιών ριβοσωμικού RNA, ο Woese απέδειξε δύο πράγματα: ότι ένα παγκόσμιο δέντρο ζωής μπορεί να δημιουργηθεί χρησιμοποιώντας μοριακές αλληλουχίες και ότι μια ομάδα αλληλουχιών από οργανισμούς που θεωρούνται «κάπως παράξενα» βακτήρια, που συχνά συνδέονται με ακραία περιβάλλοντα, σχηματίζουν μια ξεχωριστή ομάδα (μια ομάδα οργανισμών). Μελετώντας τη μοριακή τους βιολογία και, αργότερα, τα γονιδιώματά τους, τα αρχαία θα αποδεικνύονταν πολύ πιο κοντά στους ευκαρυώτες, ενώ παράλληλα θα κατείχαν μοναδικά χαρακτηριστικά, όπως η χαρακτηριστική λιπιδική σύνθεση των μεμβρανών τους.
Σήμερα, με τις εξελίξεις στις μοριακές μεθόδους, αυτή η ταξινόμηση σε τρεις ευρείς τομείς παραμένει επίκαιρη και είναι αποδεκτή από ολόκληρη την επιστημονική κοινότητα. Αντιλαμβανόμαστε επίσης ότι το μεγαλύτερο μέρος της βιοποικιλότητας στη Γη είναι μικροβιακό.
Έχετε ενδιαφερθεί για αυτούς τους τρεις βασικούς τομείς καθ’ όλη τη διάρκεια της καριέρας σας…
Π. Λ. Γ.: Από μικρός, με ενδιέφερε πάντα η βιολογία. Όταν ξεκίνησα το πανεπιστήμιο, ερωτήματα σχετικά με την εξέλιξη των ζωντανών οργανισμών με τράβηξαν αμέσως. Αρχικά, σκέφτηκα να σπουδάσω βιολογία ζώων, μετά ανακάλυψα τη βοτανική και τέλος τον μικροβιακό κόσμο, κάτι που με γοήτευσε απόλυτα. Όλες οι μορφές ζωής με ενδιέφεραν και αυτός είναι σίγουρα ένας από τους λόγους που επέλεξα τη θαλάσσια βιολογία για το μεταπτυχιακό μου. Θα μπορούσα να εργαστώ σε ένα πλήρες οικοσύστημα για να μελετήσω όχι μόνο τους μικροοργανισμούς του πλαγκτού, αλλά και τα φύκια και τα θαλάσσια ζώα.
Στη συνέχεια, κατά τη διάρκεια του διδακτορικού μου, ειδικεύτηκα στον μικροβιακό κόσμο και πιο συγκεκριμένα στα αλόφιλα αρχαία (αυτά που ζουν σε περιβάλλοντα με πολύ υψηλές συγκεντρώσεις αλατιού). Τα αρχαία με γοήτευσαν αμέσως επειδή, εκείνη την εποχή, ήταν γνωστά ως οργανισμοί που κατοικούσαν σε ακραία περιβάλλοντα: πολύ ζεστά, πολύ αλμυρά, πολύ όξινα. Έτσι, ήταν οργανισμοί που ζούσαν στα όρια της ζωής. Η μελέτη τους μας επιτρέπει να κατανοήσουμε πόσο μακριά μπορεί να φτάσει η ζωή, πώς μπορεί να εξελιχθεί για να αποικίσει όλα τα περιβάλλοντα, ακόμη και τα πιο αφιλόξενα.
Αυτή η αναζήτηση για την εξέλιξη, την οποία είχα πάντα κατά νου, τροφοδοτήθηκε περαιτέρω από μελέτες για τα υπερθερμόφιλα αρχαία κατά τη διάρκεια της μεταδιδακτορικής μου έρευνας, σε μια εποχή που μέρος της επιστημονικής κοινότητας πίστευε ότι η ζωή θα μπορούσε να έχει αναδυθεί κοντά σε υποθαλάσσιες υδροθερμικές πηγές. Κατηύθυνα την έρευνά μου προς την προέλευση και την πρώιμη εξέλιξη της ζωής: πώς εμφανίστηκε και διαφοροποιήθηκε η ζωή; Πώς εξελίχθηκαν οι τρεις τομείς της ζωής;
Για να απαντήσετε σε αυτά τα ερωτήματα, δημιουργήσατε το δικό σας εργαστήριο. Ποιο ήταν το όραμά σας;
Π. Λ. Γ.: Μετά από μια σύντομη επιστροφή στην Ισπανία, όπου άρχισα να μελετώ τη μικροβιακή ποικιλομορφία στο πλαγκτόν βαθέων υδάτων, συγκέντρωσα μια μικρή ερευνητική ομάδα στο Πανεπιστήμιο Paris-Sud. Δώσαμε πραγματικά στον εαυτό μας την ελευθερία να εξερευνήσουμε την ποικιλομορφία της ζωής με τα διαθέσιμα μοριακά εργαλεία, υιοθετώντας όμως μια ολιστική προσέγγιση που λαμβάνει υπόψη και τους τρεις τομείς της ζωής. Παραδοσιακά, οι ερευνητές ειδικεύονται: κάποιοι εργάζονται σε προκαρυωτικά – αρχαία ή βακτήρια – άλλοι σε ευκαρυωτικά. Οι δύο κόσμοι σπάνια τέμνονται, αν και αυτό αρχίζει να αλλάζει.
Αυτός ο διαχωρισμός δημιουργεί σχεδόν δύο διαφορετικές επιστημονικές κουλτούρες, με τις δικές τους έννοιες, αναφορές, ακόμη και γλώσσες. Ωστόσο, στις φυσικές κοινότητες, αυτό το όριο δεν υπάρχει: οι οργανισμοί αλληλεπιδρούν συνεχώς. Ανταλλάσσουν, συνεργάζονται, εισέρχονται σε αμοιβαία συμβίωση ή, αντίστροφα, εμπλέκονται σε σχέσεις παρασιτισμού ή ανταγωνισμού.
Αποφασίσαμε να εργαστούμε ταυτόχρονα με προκαρυωτικά και ευκαρυωτικά, εστιάζοντας αρχικά στην εξερεύνηση της ποικιλομορφίας. Αυτό το βήμα είναι απαραίτητο, καθώς αποτελεί τη βάση για την επακόλουθη αντιμετώπιση ζητημάτων οικολογίας και εξέλιξης.
Η οικολογία μελετά τις σχέσεις μεταξύ των οργανισμών μέσα σε ένα δεδομένο οικοσύστημα. Αλλά τα βαθύτερα ερωτήματά μου παραμένουν σε μεγάλο βαθμό σχετικά με την εξέλιξη. Και η οικολογία είναι απαραίτητη για την κατανόηση αυτών των εξελικτικών διαδικασιών: καθορίζει τις επιλεκτικές δυνάμεις και τις καθημερινές αλληλεπιδράσεις που διαμορφώνουν τις εξελικτικές τροχιές, ευνοώντας ορισμένες τάσεις έναντι άλλων. Για μένα, οι δύο διαστάσεις – η οικολογική και η εξελικτική – είναι άρρηκτα συνδεδεμένες, ειδικά στον μικροβιακό κόσμο.
Σε τι είδους εδάφη έχετε εργαστεί;
Π. Λ. Γ.: Για να διερευνήσω περαιτέρω αυτά τα ερωτήματα, άρχισα να εργάζομαι σε ακραία περιβάλλοντα, από λίμνες κρατήρων στο Μεξικό μέχρι τη λίμνη Βαϊκάλη στη Σιβηρία, από την έρημο Ατακάμα και το Αλτιπλάνο στις Άνδεις μέχρι την κοιλότητα Ντανακίλ στην Αιθιοπία, εστιάζοντας ιδιαίτερα στα μικροβιακά στρώματα. Κατά την άποψή μου, αυτά τα μικροβιακά οικοσυστήματα είναι τα αληθινά δάση του παρελθόντος. Αυτού του είδους το σύστημα κυριάρχησε στον πλανήτη για το μεγαλύτερο μέρος της ιστορίας του.
Η ζωή στη Γη εμφανίστηκε πριν από περίπου 4 δισεκατομμύρια χρόνια, ενώ ο πλανήτης μας είναι περίπου 4,6 δισεκατομμυρίων ετών. Οι ευκαρυώτες, ωστόσο, εμφανίστηκαν μόνο πριν από περίπου 2 δισεκατομμύρια χρόνια. Τα ζώα και τα φυτά διαφοροποιήθηκαν μόλις πριν από περίπου 500 εκατομμύρια χρόνια: σχεδόν χθες σε πλανητική κλίμακα.
Καθ’ όλη την περίοδο που προηγήθηκε της εμφάνισης σύνθετων πολυκύτταρων οργανισμών, ο κόσμος ήταν εξ ολοκλήρου μικροβιακός. Μικροβιακά στρώματα, αποτελούμενα από πυκνές και δομημένες κοινότητες ποικίλου πάχους, σχημάτιζαν εξαιρετικά εξελιγμένα οικοσυστήματα. Ήταν, κατά κάποιο τρόπο, τα μεγάλα αρχέγονα δάση της Γης.
Η μελέτη της ποικιλομορφίας, των αλληλεπιδράσεων και του μεταβολισμού εντός αυτών των κοινοτήτων σήμερα —οι οποίες έχουν γίνει σπανιότερες επειδή πλέον ανταγωνίζονται τα φυτά και τα ζώα— μας επιτρέπει να εντοπίσουμε το νήμα της εξελικτικής ιστορίας. Αυτά τα συστήματα μας πληροφορούν για τις επιλεκτικές δυνάμεις που διαμόρφωσαν τη ζωή στο παρελθόν, καθώς και για τους τύπους αλληλεπιδράσεων που υπήρχαν κατά τα πρώτα στάδια της εξέλιξης.
Ορισμένες από αυτές τις αλληλεπιδράσεις έχουν οδηγήσει σε σημαντικά εξελικτικά γεγονότα, όπως η προέλευση των ευκαρυωτικών οργανισμών, που προκύπτουν από μια συμβίωση μεταξύ προκαρυωτικών οργανισμών.
Πώς μπορούν αυτά που παρατηρούμε σήμερα να μας παρέχουν πληροφορίες για το παρελθόν, όταν όλα τα ζωντανά όντα εξελίσσονται συνεχώς;
Π. Λ. Γ.: Μπορούμε να χρησιμοποιήσουμε τις τρέχουσες μικροβιακές κοινότητες ως ανάλογα για τις παρελθούσες κοινότητες. Οι οργανισμοί έχουν προφανώς εξελιχθεί —δεν είναι πλέον οι ίδιοι— αλλά γνωρίζουμε δύο βασικά πράγματα. Πρώτον, οι βασικές λειτουργίες του μεταβολισμού είναι πολύ πιο συντηρημένες από τους οργανισμούς που τις εκτελούν. Κατά μία έννοια, υπάρχει ένα βασικό σύνολο θεμελιωδών λειτουργιών. Για παράδειγμα, υπάρχουν πολύ λίγοι τρόποι για να δεσμεύσουμε το CO₂ που υπάρχει στην ατμόσφαιρα. Ο πιο γνωστός είναι ο κύκλος Calvin, που σχετίζεται με την οξυγονική φωτοσύνθεση των κυανοβακτηρίων στα φύκια και τα φυτά. Αυτή η διαδικασία επιτρέπει στον άνθρακα από το CO₂ να χρησιμοποιηθεί για την παραγωγή περισσότερο ή λιγότερο σύνθετων οργανικών μορίων απαραίτητων για όλους τους οργανισμούς.
Καθαρισμός López García στην εργασία στο χωράφι. Ana Gutiérrez-Preciado
Γνωρίζουμε έξι ή επτά κύριες μεταβολικές οδούς για τη δέσμευση ανόργανου άνθρακα, οι οποίες στην πραγματικότητα είναι παραλλαγές η μία της άλλης. Η δέσμευση CO₂ είναι μια απολύτως κεντρική διαδικασία για κάθε οικοσύστημα. Ορισμένοι οργανισμοί, συμπεριλαμβανομένων των φωτοσυνθετικών οργανισμών, δεσμεύουν άνθρακα. Αυτοί είναι οι πρωτογενείς παραγωγοί.
Στη συνέχεια έρχεται η διαφοροποίηση των οργανισμών και οι οδοί που επιτρέπουν την αποικοδόμηση και αξιοποίηση αυτής της οργανικής ύλης που παράγεται από τους δεσμευτές άνθρακα. Και εδώ πάλι, οι μικροοργανισμοί είναι κυρίως αυτοί που εκτελούν αυτές τις λειτουργίες. Στη Γη, αυτοί είναι που καθοδηγούν τους κύριους βιογεωχημικούς κύκλους. Όχι τόσο τα φυτά ή τα ζώα. Αυτοί οι κύκλοι υπήρχαν πριν από την άφιξή μας στον πλανήτη, και εμείς, ζώα και φυτά, τελικά δεν ξέρουμε πώς να κάνουμε πολλά σε σύγκριση με την μεταβολική ποικιλομορφία των μικροβίων.
Τα προκαρυωτικά – αρχαία και βακτήρια – διαθέτουν πολύ μεγαλύτερη μεταβολική ποικιλομορφία από τα ζώα ή τα φυτά. Πάρτε για παράδειγμα τη φωτοσύνθεση: κληρονομήθηκε από έναν συγκεκριμένο τύπο βακτηρίων που ονομάζονται κυανοβακτήρια. Αυτά, και μόνο αυτά, είναι αυτά στα οποία εμφανίστηκε και εξελίχθηκε για πρώτη φορά η οξυγονική φωτοσύνθεση (άλλα βακτήρια μπορούν να εκτελέσουν άλλους τύπους φωτοσύνθεσης, γνωστούς ως ανοξυγονική φωτοσύνθεση). Και αυτή η καινοτομία ήταν κρίσιμη για τον πλανήτη μας: πριν από την εμφάνιση των κυανοβακτηρίων, η ατμόσφαιρα δεν περιείχε οξυγόνο. Το ατμοσφαιρικό οξυγόνο που έχουμε σήμερα δεν είναι τίποτα περισσότερο από το αποτέλεσμα της συσσώρευσης ενός άχρηστου προϊόντος αυτής της φωτοσύνθεσης.
Από την άλλη πλευρά, τα ευκαρυωτικά φυτά και τα φύκια απλώς κληρονόμησαν αυτή την ικανότητα μέσω της απορρόφησης ενός αρχαίου κυανοβακτηρίου ικανού για φωτοσύνθεση (μια διαδικασία γνωστή ως ενδοσυμβίωση). Αυτό το γεγονός σημάδεψε βαθιά την εξέλιξη των ευκαρυωτικών οργανισμών, καθώς οδήγησε στην εμφάνιση όλων των φωτοσυνθετικών γενεαλογικών γραμμών – φυκιών και φυτών.
Όπως και η δέσμευση άνθρακα κατά τη φωτοσύνθεση, αυτές οι κεντρικές μεταβολικές οδοί είναι πολύ πιο συντηρημένες από τους οργανισμούς που τις μεταφέρουν. Αυτοί οι οργανισμοί, ωστόσο, εξελίσσονται συνεχώς, μερικές φορές πολύ γρήγορα, για να προσαρμοστούν στις διακυμάνσεις της θερμοκρασίας, της πίεσης, των αρπακτικών, των ιών και ούτω καθεξής. Ωστόσο, παρά τις αλλαγές αυτές, οι κεντρικές μεταβολικές λειτουργίες παραμένουν διατηρημένες.
Και αυτό είναι κάτι που μπορούμε να μετρήσουμε. Όταν αναλύουμε τη μικροβιακή ποικιλομορφία σε μια μεγάλη ποικιλία οικοσυστημάτων, παρατηρούμε ένα πολύ υψηλό επίπεδο ταξινομικής ποικιλομορφίας, με διαφορές από τη μία τοποθεσία στην άλλη. Αλλά όταν εξετάζουμε τις λειτουργίες αυτών των κοινοτήτων, αναδύονται μεγάλα τμήματα διατήρησης. Εφαρμόζοντας αυτή τη λογική, μπορούμε επομένως να γυρίσουμε πίσω στο χρόνο και να εντοπίσουμε λειτουργίες που ήταν ήδη διατηρημένες στην αρχή της ζωής – πραγματικά προγονικές λειτουργίες. Αυτή είναι η υποκείμενη ιδέα.
Τελικά, πόσο πίσω μπορούμε να πάμε;
Π. Λ. Γ.: Μπορούμε να εντοπίσουμε την καταγωγή μας σε έναν λεγόμενο «ιδανικό» οργανισμό που ονομάζεται Τελευταίος Παγκόσμιος Κοινός Πρόγονος ή LUCA – ο τελευταίος παγκόσμιος κοινός πρόγονος των μονοκύτταρων οργανισμών. Γνωρίζουμε όμως ότι αυτός ο οργανισμός ήταν ήδη πολύ πολύπλοκος, πράγμα που υποδηλώνει ότι πρέπει να προηγήθηκαν πολύ απλούστεροι οργανισμοί.
Η ύπαρξη και τα χαρακτηριστικά αυτού του προγόνου συμπεραίνονται μέσω σύγκρισης: μέσω μοριακής φυλογένεσης, μελετώντας το γονιδιακό περιεχόμενο και τις ιδιότητες που σχετίζονται με τους τρεις κύριους τομείς της ζωής. Στην πραγματικότητα, συλλογίζομαι κυρίως με βάση δύο κύριους τομείς, καθώς γνωρίζουμε πλέον ότι οι ευκαρυώτες εξελίχθηκαν από μια συμβίωση που περιλαμβάνει αρχαία και βακτήρια. Ο τελευταίος κοινός πρόγονος, σε αυτό το πλαίσιο, θα αντιστοιχούσε επομένως στο σημείο απόκλισης μεταξύ αρχαίων και βακτηρίων.
Από αυτό, μπορούμε να διαπιστώσουμε φυλογενέσεις, να κατασκευάσουμε δέντρα και να συγκρίνουμε τα διατηρημένα στοιχεία μεταξύ αυτών των δύο κύριων προκαρυωτικών τομέων. Μπορούμε έτσι να συμπεράνουμε τον «κοινό παρονομαστή», αυτόν που πρέπει να υπήρχε σε αυτόν τον πρόγονο, ο οποίος πιθανότατα ήταν ήδη αρκετά πολύπλοκος. Οι τρέχουσες εκτιμήσεις υποδηλώνουν ένα γονιδίωμα που περιλαμβάνει ίσως μεταξύ 2.000 και 4.000 γονιδίων.
Αυτό μας γυρίζει πίσω σε περίπου 4 δισεκατομμύρια χρόνια πριν. Περίπου 4,4 δισεκατομμύρια χρόνια πριν, αρχίζουμε να βλέπουμε την εμφάνιση ωκεανών σε υγρή μορφή και των πρώτων ηπείρων. Από αυτή την περίοδο μπορούμε πραγματικά να φανταστούμε την ανάπτυξη της ζωής. Δεν γνωρίζουμε ακριβώς πότε, αλλά ας πούμε ότι περίπου 4-4,2 δισεκατομμύρια χρόνια πριν είναι πιθανό. Και γνωρίζουμε ότι, πριν από 3,5 δισεκατομμύρια χρόνια, έχουμε ήδη διάφορα απολιθώματα πρωτόγονων μικροβιακών δομών (απολιθωμένοι στρωματόλιθοι).
Και όσον αφορά την ομάδα μας, τους ευκαρυώτες, πώς εμφανιστήκαμε;
Π. Λ. Γ.: Προτείναμε μια πρωτότυπη υπόθεση το 1998: αυτή της συντροφίας. Για να την κατανοήσουμε πλήρως, πρέπει να ανατρέξουμε στην ιστορία της επιστήμης, ιδιαίτερα στη δεκαετία του 1960, όταν η Λιν Μάργκουλις, Αμερικανίδα μικροβιολόγος, πρότεινε την ενδοσυμβιωτική θεωρία. Πρότεινε ότι οι χλωροπλάστες των φυτών και των φυκών – τα οργανίδια που επιτρέπουν τη φωτοσύνθεση στα φυτικά κύτταρα – προέρχονται από αρχαία βακτήρια, ειδικά κυανοβακτήρια, τα οποία τότε ονομάζονταν «μπλε-πράσινα φύκια». Πρότεινε επίσης ότι τα μιτοχόνδρια, το ευκαρυωτικό οργανίδιο όπου λαμβάνει χώρα η αναπνοή και το οποίο μας παρέχει ενέργεια, προήλθε επίσης από αρχαία ενδοσυμβιωτικά βακτήρια – ένα ενδοσυμβιωτικό είναι ένας οργανισμός που ζει μέσα στα κύτταρα ενός άλλου οργανισμού.
Αυτές οι ιδέες, οι οποίες είχαν ήδη προταθεί στις αρχές του εικοστού αιώνα και τις οποίες ο Margulis αναβίωσε, αποτέλεσαν αντικείμενο πολλών συζητήσεων. Αλλά στα τέλη της δεκαετίας του 1970, με τα πρώτα φυλογενετικά δέντρα, κατέστη δυνατό να αποδειχθεί ότι τα μιτοχόνδρια και οι χλωροπλάστες προέρχονται πράγματι από αρχαία ενδοσυμβιωτικά βακτήρια: κυανοβακτήρια για τους χλωροπλάστες και μια ομάδα παλαιότερα γνωστή ως «μωβ βακτήρια» για τα μιτοχόνδρια.
Η κυρίαρχη υπόθεση εκείνη την εποχή για την εξήγηση της προέλευσης των ευκαρυωτικών οργανισμών βασιζόταν σε ένα σενάριο στο οποίο ένας τελικός κοινός πρόγονος διαφοροποιούνταν σε τρεις κύριες ομάδες ή τομείς: βακτήρια, αρχαία και ευκαρυωτικά. Τα αρχαία θεωρούνταν τότε ως η αδελφή ομάδα των ευκαρυωτικών οργανισμών, με πολύ παρόμοια διατηρημένη μοριακή βιολογία και πρωτεΐνες. Σε αυτό το μοντέλο, η πρωτοευκαρυωτική γενεαλογία που οδήγησε στα ευκαρυωτικά και ανέπτυξε όλα τα χαρακτηριστικά των ευκαρυωτικών οργανισμών, συμπεριλαμβανομένου του πυρήνα, απέκτησε μιτοχόνδρια σχετικά αργά μέσω ενδοσυμβίωσης με ένα βακτήριο, ξεκινώντας έτσι τη διαφοροποίηση των ευκαρυωτικών οργανισμών.
Ωστόσο, τη δεκαετία του 1990, κατέστη σαφές ότι όλοι οι ευκαρυώτες διαθέτουν ή είχαν μιτοχόνδρια. Ορισμένες ομάδες φαινόταν να μην τα διαθέτουν, αλλά ανακαλύφθηκε ότι τα είχαν, ότι αυτά τα μιτοχόνδρια ήταν μερικές φορές εξαιρετικά μειωμένα ή ότι μετέφεραν τα γονίδιά τους στον πυρήνα. Αυτό σημαίνει ότι ο πρόγονος όλων των ευκαρυωτικών είχε ήδη μιτοχόνδρια. Επομένως, δεν υπάρχουν στοιχεία ότι υπήρξε ποτέ μια «πρωτοευκαρυωτική» γενεαλογία χωρίς μιτοχόνδρια.
Σε αυτό το πλαίσιο αναδύονται νέα μοντέλα που βασίζονται στη συμβίωση. Ήταν ήδη γνωστό ότι τα αρχαία και τα ευκαρυωτικά κύτταρα μοιράζονται σημαντικές ομοιότητες όσον αφορά τις πρωτεΐνες που εμπλέκονται σε πληροφοριακές διεργασίες (αντιγραφή DNA, μεταγραφή, μετάφραση RNA σε πρωτεΐνη). Έχουμε προτείνει ένα μοντέλο που περιλαμβάνει τρεις εταίρους: ένα βακτήριο ξενιστή (που ανήκει στα deltaproteobacteria), το οποίο περιβάλλει ένα αρχαίο λειτουργώντας ως ενδοσυμβιωτικό, με αυτό το αρχαίο να γίνεται ο μελλοντικός πυρήνας. Τα ευκαρυωτικά γονίδια που σχετίζονται με τον πυρήνα θα ήταν επομένως αρχαϊκής προέλευσης.
Στη συνέχεια, θα είχε λάβει χώρα μια δεύτερη ενδοσυμβίωση, με την απόκτηση ενός άλλου βακτηρίου (ενός alphaproteobacterium): του προγόνου των μιτοχονδρίων, εγκατεστημένου μέσα στο βακτήριο ξενιστή.
Ωστόσο, εκείνη την εποχή, αυτά τα συμβιωτικά μοντέλα δεν ελήφθησαν πολύ σοβαρά υπόψη. Η κατάσταση άλλαξε με την ανακάλυψη, πριν από περίπου δέκα χρόνια, μιας συγκεκριμένης ομάδας αρχαίων, που ονομάζεται Άσγκαρντ, τα οποία μοιράζονται πολλά γονίδια με τους ευκαρυώτες και είναι επίσης πολύ παρόμοια. Φυλογενετικά δέντρα που κατασκευάζονται με πρωτεΐνες υψηλής συντήρησης τοποθετούν ευκαρυώτες μέσα σε αυτά τα αρχαία. Αυτό σημαίνει ότι οι ευκαρυώτες έχουν συμβιογενετική προέλευση: προέρχονται από μια συμβιωτική σύντηξη που περιλαμβάνει τουλάχιστον ένα αρχαίο (τύπου Άσγκαρντ) και ένα άλφα-πρωτεοβακτήριο, τον πρόγονο των μιτοχονδρίων. Δεν αποκλείεται όμως η συμβολή άλλων βακτηρίων, ιδιαίτερα των δελταπρωτεοβακτηρίων, βακτηρίων που μειώνουν τα θειικά με τα οποία τα αρχαία Άσγκαρντ δημιουργούν συντροφικές συμβιώσεις στο περιβάλλον.
Σήμερα, η ευκαρυογένεση αποτελεί ένα αντικείμενο ενεργής μελέτης. Η ανακάλυψη των αρχαίων Άσγκαρντ έχει ενισχύσει την πιθανοφάνεια αυτού του τύπου συμβιογενετικού μοντέλου. Ερευνητές που προηγουμένως θεωρούσαν αυτές τις ιδέες πολύ εικασίες -επειδή δεν μπορούμε ποτέ να έχουμε άμεση απόδειξη ενός γεγονότος που χρονολογείται 2 δισεκατομμύρια χρόνια πριν- τώρα ενδιαφέρονται για αυτές. Όλοι όσοι εργάζονται στη βιολογία των ευκαρυωτικών κυττάρων θέτουν το ερώτημα, επειδή μπορούμε πλέον να αντικαταστήσουμε ορισμένες ευκαρυωτικές πρωτεΐνες ή ομόλογές τους με τις παραλλαγές Άσγκαρντ τους… και λειτουργεί.
