Japan har dyrket det komplekse livets nærmeste slektninger, og de har ingen cellekjerne

De nærmeste nålevende slektningene til alle dyr, planter og sopp på Jorden vokser nå i et laboratorium i Japan, og de ser overhodet ikke ut som den forfaderen mange biologer hadde forestilt seg. Et team ved JAMSTEC, den japanske etaten for hav- og jordvitenskap og -teknologi, har dyrket frem de første rene kulturene av Heimdallarchaeia, en gruppe encellede arkéer som komplekse celler antas å ha oppstått fra. Inni cellene er det enkelt: ingen cellekjerne, ingen indre rom, ingenting som ligner på organellene som definerer våre egne celler.

Overraskelsen sitter på utsiden. Hver celle skyter ut lange, forgrenede armer som griper tak i partner-mikrober den ikke kan leve uten, og cellene blir syke når de utsettes for oksygen, selv om de bærer gener for å håndtere det. Til sammen tegner disse trekkene et portrett av vår dypeste encellede forfader som en langsom, oksygensky mikrobe som levde i partnerskap, ikke en miniatyrversjon av den komplekse cellen den til slutt skulle bli.

Funnene treffer midt i et av biologiens eldste spørsmål: hvordan en enkel celle uten kjerne ble til den forseggjorte eukaryote cellen som utgjør hver eneste menneskekropp. Det ledende svaret er at en arké-celle inngikk et nært partnerskap med en bakterie, og at bakterien til slutt ble slukt og ble til mitokondriet, kraftverket inne i våre celler. Hvilken arké-linje som var verten, og hvordan den var, har vært omdiskutert i årevis, hovedsakelig basert på DNA-fragmenter hentet fra gjørme og sjøvann.

Heimdallarchaeia står i sentrum av denne debatten. De tilhører rekken Promethearchaeota, bedre kjent under sitt tidligere navn, Asgard-arkéer, og genetiske slektstrær plasserer dem som den arké-grenen som står nærmest eukaryotene. Helt til nå hadde ingen sett en levende en på nært hold, så påstander om at de allerede hadde komplekse indre strukturer, eller kunne puste oksygen som oss, hvilte utelukkende på genom-avlesninger.

Hvordan de gjorde det

Mikrobene kom fra et uvanlig sted: en biofilm som dekket innsiden av en naturgassbrønn på Bosohalvøya i Chiba prefektur, øst for Tokyo. Salt, metanrikt grunnvann strømmer opp der og bryter med jevne mellomrom ut som en liten geysir, så filmen blir regelmessig utsatt for luft. Teamet valgte stedet med vilje, i håp om å fange slektninger av eukaryoter som hadde en viss historie med oksygen.

Å dyrke dem tok tre år. Forskerne matet kulturene med bitte små mengder proteinrik mat, inkludert kasamino-syrer, pepton og melkepulver, og brukte runder med antibiotika for å drepe konkurrerende bakterier, og overførte de overlevende til ferskt medium igjen og igjen. Resultatet var to stammer, kalt HC1 og SC1. HC1 lever nå i et stabilt par med en enkelt metanproduserende partner-mikrobe; SC1 lever i en trio med to slike partnere.

Dette er ikke raske formere. HC1 bruker omtrent en uke eller mer på å doble seg, og SC1 to til tre uker. En tarmbakterie som E. coli kan doble seg på omtrent 20 minutter. Teamet undersøkte deretter cellene med skanning- og transmisjonselektronmikroskoper, kryo-elektrontomografi som rekonstruerer en frossen celle i 3D, og fluorescerende merking, og sekvenserte begge genomene, som viste seg å være på henholdsvis 7,91 og 6,75 millioner DNA-bokstaver.

Enkelt inni, travelt utenpå

På tvers av dusinvis av elektronmikrografer viste ingen av stammene noen permanent indre membran, varemerket for eukaryote celler. Noen få celler inneholdt små boblelignende strukturer som kom og gikk, men ingen cellekjerne, intet endoplasmatisk retikulum og ingenting en cellebiolog ville kalle en organell. Cellene deler seg i to som vanlige mikrober.

Overflatene deres fortalte en annen historie. Etter en vekstfase strakte de fleste cellene ut flere armer på omtrent 370 nanometer tykke som forgrenet seg og buktet seg, og disse armene rommet ofte mer volum enn selve cellekroppen, i gjennomsnitt omtrent 1,4 ganger så mye. Armene var gjennomsyret av filamenter som lignet actin, proteinet som gir våre egne celler deres form, og de festet seg fysisk til partner-mikrobene. Celler som var midt i delingsprosessen hadde dem aldri.

Dette partnerskapet er ikke valgfritt. Begge stammene bryter ned proteinfragmenter og frigjør hydrogen som avfall, en reaksjon som stopper opp med mindre en partner fortsetter å fjerne hydrogenet. Da forskerne blokkerte de metanproduserende partnerne med en hemmer, sluttet arkéene helt å vokse.

Et trekk til fanget teamets oppmerksomhet. Da HC1 fikk mer mat, delte den seg ikke raskere. I stedet ble cellene større og skjøt flere armer. Avbildning av et stort område med omtrent 15 000 celler viste større og flere armer per celle, og protein per celle steg fra 66 til 226 femtogram. Typiske bakterier og arkéer heller ekstra energi inn i reproduksjon. Å avveie størrelse mot reproduksjon er, påpeker forfatterne, noe eukaryoter gjør.

Oksygen-gåten

HC1 bærer gener for terminale oksidaser, enzymer som hos dyr sitter i enden av kjeden som forbrenner oksygen for energi. Noen forskere hadde tolket lignende gener i Heimdallarchaeia-DNA som et tegn på at eukaryotenes forfader allerede pustet oksygen. Kulturene forteller noe annet. Å tilsette selv spormengder oksygen, eller en 1 % oksygenatmosfære, reduserte HC1s celletall omtrent hundrefold.

HC1 kunne bare overleve oksygen med hjelp. Da oksygenkonsumerende bakterier isolert fra det opprinnelige anrikingen ble tilsatt kulturen, vokste HC1 til tross for lave oksygennivåer, selv om den ikke produserte flere celler enn før. Genomet mangler også maskineriet som trengs for å lede elektroner fra mat til oksygen. Teamet konkluderer med at oksidasene fungerer som et forsvar, og fjerner oksygen, omtrent som de gjør i andre strikte anaerober. Ferritin, et protein som begrenser oksygenskader som involverer jern, var blant de tre mest uttrykte proteinene i HC1.

En genom-dekkende test pekte i samme retning. Forskerne trente en klassifiserer på enzymer som skiller organismer som trenger oksygen fra de som unngår det, og den sorterte kjente mikrober riktig omtrent 95 % av gangene. Anvendt på hele Asgard-rekken pekte den på gruppen som i all hovedsak anaerob, med eller uten oksidase-gener.

Det passer med en idé kjent som Ox-Tox-modellen: bakterien som ble til mitokondriet tjente først sin plass ved å suge opp oksygen som var giftig for sin arké-vert, lenge før den ble cellens energileverandør.

Hva det ikke avgjør

Disse mikrobene er søskenbarn av forfaderen, ikke selve forfaderen. De har hatt like lang tid på å utvikle seg som vi har, omtrent to milliarder år ifølge de fleste anslag, og ethvert trekk vi ser i dag kan ha blitt ervervet eller tapt underveis. Teamets egen analyse antyder at oksygenhåndteringsgener har beveget seg sidelengs mellom beslektede grupper, så hvorvidt forfaderen i det hele tatt bar dem, gjenstår å se.

Utvalget er også lite. Bare tre stammer fra denne grenen av treet har blitt undersøkt i mikroskop: HC1, SC1 og en anrikingskultur rapportert tidligere av en annen gruppe. Alle tre mangler organeller, men en så mangfoldig linje kan inkludere medlemmer med mer forseggjorte indre rom. De sporadiske indre boblene i noen celler har ingen forklaring ennå, og forfatterne kaller dem verken primitive organeller eller artefakter.

Laboratorieforholdene spiller også en rolle. Celleformene endret seg da cellene ble kjemisk fiksert for avbildning, og armene hadde en tendens til å brekke av, en advarsel forfatterne selv flagger om å tolke anatomi fra konserverte prøver. Kulturene er rene par og trioer med partnere, ikke enkeltartskulturer, fordi arkéene ikke kan vokse alene.

En linje nå åpen for eksperimenter

JAMSTEC-gruppen dyrket det første medlemmet av den videre Asgard-gruppen, en stamme kalt MK-D1 fra dypvannssediment, og rapporterte det i 2020. I 2023 beskrev et team i Wien en andre, Lokiarchaeum ossiferum, med lignende armer. De nye stammene tilhører grenen nærmest eukaryotene, vokser raskere enn MK-D1 og har større celler, noe som gjør dem langt lettere å studere.

Teamet har foreslått navn for begge: Candidatus Margulisarchaeum peptidiphilum for HC1, et slektsnavn som bærer etternavnet til Lynn Margulis, biologen som var en forkjemper for teorien om at mitokondrier begynte som fangede bakterier, og Candidatus Flexarchaeum multiprotrusionum for SC1.

Vanlige spørsmål om arkéene bak komplekst liv

Hva er Asgard-arkéer?

Asgard-arkéer, nå formelt kalt Promethearchaeota, er en gruppe encellede mikrober først identifisert fra miljø-DNA, oppkalt etter norrøn mytologi. Deres genomer bærer mange gener som en gang ble antatt å være unike for eukaryoter, og det er derfor de blir sett på som linjen komplekse celler oppsto fra.

Utviklet mennesker seg fra arkéer?

I en dyp forstand, ja. Den ledende modellen går ut på at den første eukaryote cellen ble dannet da en arké beslektet med dagens Heimdallarchaeia inngikk et partnerskap med en bakterie som ble til mitokondriet. Alle dyr, planter og sopp stammer fra den sammensmeltede cellen.

Har Heimdallarchaeia en cellekjerne?

Nei. De dyrkede stammene HC1 og SC1 har ingen cellekjerne og ingen permanente indre membraner. Deres kompleksitet ligger på utsiden, i lange forgrenede armer som forbinder seg med partner-mikrober.

Kan disse arkéene leve med oksygen?

Knapt. De er anaerobe og antallet faller omtrent hundrefold med spormengder oksygen, men en stamme overlevde lavt oksygen da oksygenspisende bakterier delte dens kultur.

Studien ble publisert i Nature 28. oktober 2026, og ble først lagt ut som et fortrykk i februar 2025. JAMSTEC opplyser at de to stammene nå vil tjene som eksperimentelle modeller, mens teamet vender seg til deres cellestrukturer og måten de binder seg til partner-mikrober på, for å spore hvordan en arké-celle med armer på utsiden endte opp med å bygge en kjerne på innsiden.

Referanse: Imachi, Nobu et al., «Eukaryotes’ closest relatives are internally simple syntrophic peptidotrophic archaea,» Nature, 2026. DOI: 10.1038/s41586-026-11170-7

Tagger: arker, Asgard archaea, cellebiologi, eukaryoter, evolusjon, Heimdallarchaeia