Trækker de vores fælles forfader op af Aarhus Bugt? Det tyder alt på

Et langt rør borer sig ned i havbunden i Aarhus Bugt. Nede i dybet bliver mudder og sedimenter samlet op og taget med ombord på forskningsskibet Aurora.

For det utrænede øje kan mudderet fra dybet virke ubetydeligt. Men lektor Kasper Urup Kjeldsen ved, at prøven gemmer på noget vigtigt.

I mudderet lever bittesmå mikroorganismer, som gennem millioner og atter millioner af år har båret rundt på en velbevaret hemmelighed.

De såkaldte Asgård-arkæer ser nemlig ud til at rumme nøglen til at forstå, hvordan giraffer, gorillaer, bladlus, bøgetræer, sværdfisk, svampe, myrer, mennesker og alt andet komplekst liv på kloden er opstået.

»I de første år efter opdagelsen af Asgård-arkæer vakte det stor debat blandt forskere. Men kritikken er efterhånden forstummet,« siger Kasper Urup Kjeldsen, som er lektor ved Institut for Biologi på Aarhus Universitet.

»I dag er stort set alle forskere enige om, at alt komplekst liv på Jorden stammer fra Asgård-arkæernes forfader.«

Forskningen i Asgård-arkæer er i fuld gang med at omskrive vores egen og livets historie. Og nye studier føjer løbende mere og mere skyts til teorien.

»We are all asgardians« – vi er alle asgårdianere, som det lyder i flere populærvidenskabelige gengivelser af den nye historie om livets oprindelse.

Et af livets tre domæner

Aarhus Bugt er et af de første steder i verden, hvor Asgård-arkæer blev opdaget. I dag ved man, at de små organismer lever over hele kloden, men for at forstå vores mikrobielle forfader skal vi et smut forbi folkeskolens biologiundervisning.

Her har du måske lært, at alt liv på vores klode kan inddeles i tre domæner:

• Eukaryoter (som tæller alt komplekst liv såsom mennesker, planter, dyr og svampe)
• Bakterier
• Arkæer

Udadtil ligner bakterier og arkæer måske hinanden, fordi begge livsformer er mikroskopisk små og består kun af en enkelt celle. Men molekylært set er arkæer faktisk tættere beslægtet med mennesker end med bakterier.

»Arkæer lever overalt på kloden, men vi kan ikke se dem med det blotte øje. Så de får ikke den opmærksomhed, de fortjener,« siger Laura Martinez Alvarez, som forsker i arkæer ved Institut for Biologi på Københavns Universitet.

»Arkæer blev først opdaget i 1970’erne, måske fordi man bare opfattede dem som bakterier. Og efterfølgende skulle der mange års forskning til, før vi blev klar over, hvor essentielle og vigtige arkæer faktisk er for at kunne opretholde livet på Jorden.«

En opdagelse ved Lokes Slot

Asgård-arkæer er en undergruppe af arkæer. Og ligesom vi i dyreriget kan inddele dyr i grupper såsom fugle, pattedyr og krybdyr, kan Asgård-arkæer også inddeles yderligere i grupper såsom Loke-arkæer, Heimdall-arkæer og Thor-arkæer,

De nordiske gudenavne stammer fra stedet, hvor de allerførste Asgård-arkæer - Loke-arkæerne - blev fundet.

Dybt nede under havet mellem Island og Svalbard findes et vulkansk område kendt som ’Lokes Slot’, der er fyldt med kogende varme kilder.

Under et forskertogt til Lokes Slot i 2008 var danske Steffen Leth Jørgensen med til at hive de allerførste Asgård-arkæer op fra dybet.

»Vi var egentlig på jagt efter de varme kilder, og under togtet vidste vi ikke, at prøverne fra havbunden indeholdt noget særligt,« fortæller Steffen Leth Jørgensen, som i dag er leder af Center for Dybhavsforskning ved Universitetet i Bergen i Norge.

»Der gik faktisk flere år, før vi fandt ud af, hvor vildt det var.«

Han sagde: Sæt dig ned

De første tegn, som fik Steffen Leth Jørgensen og hans kolleger til at tabe underkæben, dukkede op under kortlægningen af arvemassen på de arkæer, de havde hentet med hjem fra dybet nær Lokes Slot.

En dag, da Steffen Leth Jørgensen var på konference i Tjekkiet, blev han ringet op af sin samarbejdspartner fra Uppsala Universitet, Thijs Ettema, som havde gennemgået DNA-resultaterne.

»Han var helt stakåndet og sagde, at jeg skulle sætte mig ned,« husker Steffen Leth Jørgensen.

»I deres arvemasse var der en masse gener, som var relateret til eukaryote organismer (komplekst liv, red.).«

»Og det virkelig specielle var, at der var gener, som relaterede sig til netop de processer, man ville forvente at finde i de første simple celler, som udviklede sig til komplekse celler.«

Forskerne offentliggjorde deres opdagelse i 2015, og fundet vakte hurtigt opsigt i forskningsverdenen.

For Steffen Leth Jørgensen og hans kolleger foreslog, at den lille mikrobe fra dybet var en slags 'missing link', som man havde ledt efter i årtier.

De mente, at Asgård-arkæerne udgjorde svaret på en af udviklingshistoriens helt store gåder: Hvordan højerestående celler opstod fra simplere forfædre for cirka to milliarder år siden.

»Vores opdagelse blev modtaget med stor begejstring hos nogle forskere og meget stor skepsis hos andre,« husker Steffen Leth Jørgensen.

»Men det er jo på mange måder et sundt tegn at blive mødt med skepsis. Sådan er det altid med store gennembrud, som varsler et paradigmeskifte i vores forståelse af noget. Og sådan skal det være.«

Skepsis er vendt

Lektor Laura Martinez Alvarez er en af de forskere, som oprindeligt var lettere skeptisk.

Et af hovedproblemerne var, at ingen havde set eller opformeret Asgård-arkæer. Det eneste spor, man havde efter de særlige arkæer, var deres DNA, som lå gemt i mudderet fra sandbunden sammen med DNA fra alverdens andre små mikrober.

Sidenhen er det lykkedes flere forskningsgrupper rundt om i verden at isolere og dyrke Asgård-arkæer i laboratoriet. Og kritikken er med årene klinget af.

»I begyndelsen var jeg selv skeptisk. Men der er efterhånden så mange studier, som underbygger idéen om, at Asgård-arkæers forfader er vores allesammens fælles forfader,« siger Laura Martinez Alvarez, som snart tager på studierejse for at studere en gruppe Asgård-arkæer på et laboratorium i Østrig.

»Så jeg tror, det er svært at finde forskere, som betvivler det i dag.«

Omskriver lærebøgerne

Så hvad er det, at Asgård-arkæerne fortæller os om vores egen, dyrs og planters fælles, fjerne fortid?

Teorien er, at da livet opstod på Jorden for mere end tre milliarder år siden, var det i første omgang yderst simpelt. Det bestod blot af en enkelt lillebitte og meget simpel celle.

I 1960’erne foreslog den berømte amerikanske evolutionsbiolog Lynn Margulis, at et vigtigt skridt på vejen til at blive en mere kompleks celle var, at den simple celle ’åd’ en bakterie og indlejrede den i sig selv.

Den indlejrede bakterie blev til det, vi i dag kender som mitokondrier: Små ’energifabrikker’, som findes inden i enhver celle, uanset om der er tale om celler fra planter eller dyr.

»Så teorien er, at en celle spiste en bakterie, og måltidet endte med at blive til cellens mitokondrie,« forklarer Kasper Urup Kjeldsen og tilføjer, at mitokondriernes DNA også afslører, at det oprindeligt var en bakterie.

»Man er ret sikker på, at det er sket, for mitokondrier har deres eget DNA, og det er ens på tværs af alle mulige arter.«

I mange år efter at Lynn Margulis fremsatte sin anerkendte teori om mitokondrierne, diskuterede man imidlertid, hvad det var for en celle, som havde ædt den første udgave af mitokondrierne.

Med andre ord: Hvem var vores fælles forfader?

I dag vil de fleste forskere svare, at det var Asgård-arkæernes forfader, som åd det afgørende mitokondrie-måltid. Og som senere videreudviklede sig og gradvis blev mere og mere kompleks og dermed blev stamfader til al komplekst liv på Jorden.

»Det mest spændende ved at arbejde med Asgård-arkæer er, at vi er med til at forme en af de virkelig store opdagelser i nyere tid inden for evolutionsbiologien,« siger Kasper Urup Kjeldsen.

»Vi er med til at omskrive lærebøgerne og give nye svar på helt grundlæggende spørgsmål såsom, hvor kommer vi fra?«

Kun to grene i livets træ?

Et andet grundlæggende kapitel om livet, som Asgård-arkæerne har rokket ved, er idéen om, at livet skal inddeles i tre domæner: bakterier, arkæer og eukaryoter.

Hvis al komplekst liv på Jorden, alle eukaryoter, stammer fra arkæer, argumenterer flere forskere for, at vi nu kan nøjes med to grene i livets træ: bakterier og arkæer.

»Rent evolutionært er alle eukaryoter, inklusive mennesker, en sidegren på arkæernes udviklingslinje. Så det betyder, at livets træ kun har to domæner: bakterier og arkæer. I hvert fald sat på spidsen, for der er selvfølgelig stadig fundamentalt store forskelle mellem arkæer og eukaryoter,« siger Kasper Urup Kjeldsen.

Han har selv været med til at finde nogle af de første Asgård-arkæer efter opdagelsen ved Lokes Slot. De dukkede op i Aarhus Bugt i 2017.

»Aarhusbugten indeholdt en af nøglerne til at forstå Asgård-arkæerne, og vi henter fortsat løbende arkæer i mudderet derude, som vi bruger i vores forskning,« fortæller Kasper Urup Kjeldsen.

Han har netop fået en ny kollega, Asgård-arkæ-forskeren Thiago Rodrigues-Oliveira, som med en større EU-bevilling i ryggen skal gøre os klogere på vores mikrobielle forfader.

Og der er uden tvivl brug for mere viden, siger Laura Martinez Alvarez.

»Arkæer er virkelig undervurderede, og der er stadig så mange ting, vi ikke ved om dem.«