Analýza genomů mění pohled na vznik prvních složitých buněk. Šlo o složitější proces, než jsme se dosud domnívali

Vznik eukaryotické buňky nebyl spojením dvou partnerů. Podle nové studie v Nature šlo o postupné skládání genů z nejméně čtyř různých zdrojů, včetně obřích virů.

Foto: Pixnio

Když se řekne „vznik složité buňky“, většina biologů si vybaví jeden klíčový okamžik: archeon pohltil bakterii, ta se proměnila v mitochondrii a na světě byl eukaryot. Tenhle dvouaktérový příběh fungoval jako minimální konsenzus oboru desítky let. Tým vedený Tonim Gabaldónem z barcelonského BSC a IRB Barcelona teď ale v Nature publikoval práci, která tvrdí, že scéna byla mnohem přeplněnější. Na základě analýzy desítek tisíc genomů a více než milionu virových proteinových klastrů autoři rekonstruovali proteom posledního společného předka všech eukaryot a našli v něm stopy hned několika bakteriálních linií i obřích DNA virů.

Pět let počítání na superpočítači

Studie vznikala déle než pět let. Gabaldónův tým shromáždil 62 291 bakteriálních a 3 412 archeálních genomů, přidal 1 319 927 virových proteinových klastrů a 185 eukaryotických druhů ze tří nezávislých databází evolučního stromu života. Výpočty běžely na superpočítači MareNostrum. Výsledkem je rekonstrukce takzvaného LECA (Last Eukaryotic Common Ancestor) s odhadovaným rozsahem 7 751 až 12 907 ortoskupin, z nichž autoři odvodili konsenzuální proteom o 5 317 funkčních skupinách.

Pro každou proteinovou rodinu pak sestavili fylogenetický strom a hledali nejbližšího „příbuzného“ mimo eukaryota. Asi 33 % ortoskupin klasifikovali jako vlastní eukaryotické inovace, zhruba 53 % jako akvizice z neeukaryotických zdrojů. Zbylých přibližně 13 % zůstalo s neurčitým původem.

Víc než dva partneři

Vedle očekávaných signálů z Asgard archeí a alphaproteobakterie, předka mitochondrie, se v datech konzistentně objevily dva další bakteriální zdroje. Myxococcota tvoří v průměru 3,92 % LECA proteomu, Planctomycetota 2,24 %. Čísla vypadají skromně, ale autoři je považují za statisticky robustní a odlišná od náhodného šumu.

Překvapivější je třetí hráč: obří DNA viry ze skupiny Nucleocytoviricota. Virově zprostředkované akvizice odpovídají 3,32 % LECA proteomu a ze 74 % připadají právě na tuto skupinu. Viry v učebnicových modelech vzniku eukaryot dosud prakticky nefigurovaly. Gabaldónova práce naznačuje, že mohly fungovat jako mezistanice přenosu genů mezi mikroorganismy, a to díky svým neobvykle velkým genomům a širokému spektru hostitelů.

Důležitý je i odhad časování. Analýza relativních délek větví naznačuje, že některé přenosy genů z Myxococcota a Planctomycetota mohly předcházet mitochondriální endosymbióze. Pokud se to potvrdí, hostitelská buňka nebyla v okamžiku pohlcení budoucí mitochondrie tak „nahá“, jak se dlouho předpokládalo.

Stresový test proti artefaktům

Každá studie pracující s tak hlubokými evolučními událostmi (řádově dvě miliardy let) čelí otázce, jestli nejde o artefakt. Gabaldónův tým proto zavedl přísné filtry: minimální podpora stromů nad 75 %, taxonomický bootstrap nad 95 %, kritérium zastoupení v sedmi eukaryotických superskupinách. Navíc provedl negativní kontrolu, při které z analýzy vyřadil všechny alphaproteobakterie. Pokud by signály Myxococcota a Planctomycetota byly jen stínem chybějícího mitochondriálního příbuzného, měly by po jeho odstranění zmizet. Nezmizely.

Debata zdaleka nekončí

Gabaldónova studie není jediná letošní práce o vzniku eukaryot v Nature. Konkurenční studie z roku 2026 naopak přisuzuje dominantní podíl na eukaryotické komplexitě Asgard archeím a ostatní bakteriální přínosy považuje spíše za rozptýlené a sporadické. Obě práce pracují s částečně odlišnými datovými sadami a metodickými přístupy, a obě vyšly ve stejném prestižním časopise.

Pole se mění rychle. Přibývají nové genomy Asgard archeí, virové sekvence i výpočetní kapacita. Samotní autoři připouštějí, že z jejich dat nelze určit konkrétního hostitele ani povahu každé jednotlivé symbiózy. LECA v jejich rekonstrukci nicméně vychází jako už překvapivě komplexní buňka, s endocytózou, fagosomy, lysozomy, peroxisomy a mitochondriemi schopnými aerobní respirace. Žádná „skoro ještě bakterie“.

Co to znamená pro učebnice

Endosymbiotická teorie nepadla. Mitochondrie zůstává klíčová, archeon zůstává hostitelem. Jen už na scéně nejsou sami. Pro české školství je dopad zatím nepřímý: rámcový vzdělávací program pro gymnázia požaduje, aby žák „porovnal významné hypotézy o vzniku a evoluci živých soustav“, ale nefixuje konkrétní model eukaryogeneze. Změna se nejspíš projeví dřív v popularizačních schématech, vysokoškolských kurzech a biologických olympiádách než v základním školním minimu.