Japan har odlat det komplexa livets närmaste släktingar, och de saknar cellkärna

De närmaste nu levande släktingarna till alla djur, växter och svampar på jorden växer nu i ett laboratorium i Japan, och de liknar inte alls den anfader som många biologer har föreställt sig. Ett team vid JAMSTEC, Japan Agency for Marine-Earth Science and Technology, har odlat de första rena kulturerna av Heimdallarchaeia, en grupp encelliga arkéer ur vilka komplexa celler tros ha uppstått. På insidan är cellerna enkla: ingen cellkärna, inga inre avgränsade rum, inget som liknar de organeller som kännetecknar våra egna celler.

Överraskningen finns på utsidan. Varje cell skjuter ut långa, förgrenade armar som griper tag i partnermikrober den inte kan leva utan, och cellerna blir sjuka när de utsätts för syre trots att de bär på gener för att hantera det. Tillsammans tecknar dessa egenskaper ett porträtt av vår djupaste encelliga anfader som en långsam, syreskyende mikrob som levde genom samarbete, inte som en miniatyrversion av den komplexa cell den så småningom skulle bli.

Fyndet berör en av biologins äldsta frågor: hur en enkel cell utan cellkärna blev den avancerade eukaryota cell som bygger upp varje människokropp. Den ledande förklaringen är att en arkécell inledde ett nära partnerskap med en bakterie, och att bakterien till slut uppslukades och blev mitokondrien, kraftverket inne i våra celler. Vilken arkélinje som var värd och hur den såg ut har i åratal diskuterats, huvudsakligen utifrån fragment av DNA som hämtats ur lera och havsvatten.

Heimdallarchaeia står i centrum för den diskussionen. De tillhör fylumet Promethearchaeota, mer känt under sitt tidigare namn Asgardarkéer, och genetiska släktträd placerar dem som den arkégren som står eukaryoterna närmast. Fram till nu hade ingen sett en levande sådan på nära håll, vilket innebar att förslagen om att de redan hade komplexa inre strukturer eller kunde andas syre som vi gör enbart vilade på genomläsningar av genom.

Så gick det till

Mikroberna kom från en ovanlig plats: en biofilm som täckte insidan av en naturgasbrunn på Bosohalvön i Chiba prefektur, öster om Tokyo. Salt, metanrikt grundvatten väller där upp och får regelbundet utbrott som en liten gejser, vilket gör att filmen återkommande exponeras för luft. Teamet valde platsen med avsikt, i hopp om att fånga eukaryoternas släktingar som hade någon tidigare erfarenhet av syre.

Det tog tre år att odla dem. Forskarna gav kulturerna mycket små mängder proteinrik föda, däribland casamino acids, pepton och mjölkpulver, och använde antibiotikakurer för att slå ut konkurrerande bakterier, samtidigt som de gång på gång förde över överlevarna till färskt medium. Resultatet blev två stammar, kallade HC1 och SC1. HC1 lever nu i ett stabilt par med en enda metanproducerande partnermikrob; SC1 lever i en trio med två sådana partner.

Det här är inga snabbväxare. HC1 behöver ungefär en vecka eller mer för att fördubbla sig, och SC1 två till tre veckor. En tarmbakterie som E. coli kan fördubbla sig på omkring 20 minuter. Teamet undersökte sedan cellerna med svep- och transmissionselektronmikroskop, kryo-elektrontomografi som rekonstruerar en frusen cell i 3D samt fluorescerande märkning, och sekvenserade båda genomen, som omfattade 7,91 respektive 6,75 miljoner DNA-bokstäver.

Enkla inuti, aktiva utanpå

I dussintals elektronmikrografier uppvisade ingen av stammarna något permanent inre membran, kännetecknet för eukaryota celler. Några celler innehöll små bubbelliknande strukturer som kom och gick, men ingen cellkärna, inget endoplasmatiskt retikulum och inget som en cellbiolog skulle kalla en organell. Cellerna delar sig i två delar som vanliga mikrober.

Deras ytor berättade en annan historia. Efter en tillväxtfas sträckte de flesta celler ut flera armar, omkring 370 nanometer tjocka, som förgrenas och buktar ut, och dessa armar rymde ofta större volym än själva cellkroppen, i genomsnitt omkring 1,4 gånger så mycket. Armarna var genomvävda av filament som liknar aktin, proteinet som ger våra egna celler form, och de fäste fysiskt vid partnermikroberna. Celler mitt i en delning hade aldrig sådana armar.

Det partnerskapet är inte valfritt. Båda stammarna bryter ned proteinfragment och avger väte som avfall, en reaktion som stannar av om inte en partner fortsätter att ta hand om vätet. När forskarna blockerade de metanproducerande partnerna med en hämmare slutade arkéerna att växa helt.

Ytterligare en egenskap fångade teamets intresse. När HC1 fick mer föda delade den sig inte snabbare. I stället blev dess celler större och sköt ut fler armar. Vid avbildning över stora områden av omkring 15 000 celler sågs större och fler armar per cell, och proteinmängden per cell steg från 66 till 226 femtogram. Typiska bakterier och arkéer lägger överskottsenergi på fortplantning. Att byta storlek mot reproduktion är, konstaterar författarna, något eukaryoter gör.

Syrgasgåtan

HC1 bär gener för terminala oxidaser, enzymer som hos djur sitter i slutet av den kedja som förbränner syre för energi. Vissa forskare har tolkat liknande gener i Heimdallarchaeias DNA som ett tecken på att eukaryoternas anfader redan andades syre. Kulturerna säger något annat. Tillsats av till och med spårmängder av syre, eller en atmosfär med 1 procent syre, minskade HC1:s cellantal ungefär hundrafaldigt.

HC1 kunde bara överleva syre med hjälp. När syreförbrukande bakterier, isolerade från den ursprungliga anrikningskulturen, tillsattes till kulturen växte HC1 trots låga syrehalter, även om den inte producerade fler celler än tidigare. Dess genom saknar också den maskineri som behövs för att leda elektroner från föda till syre. Teamet drar slutsatsen att oxidaserna fungerar som ett försvar som avlägsnar syre, på samma sätt som hos andra strikt anaeroba organismer. Ferritin, ett protein som begränsar syreskador som involverar järn, var ett av de tre mest starkt uttryckta proteinerna i HC1.

Ett genomomfattande test pekade åt samma håll. Forskarna tränade en klassificerare på enzymer som skiljer organismer som behöver syre från dem som undviker det, och den sorterade kända mikrober korrekt omkring 95 procent av gångerna. När den tillämpades på hela Asgardfylumet pekade den på att gruppen i stort är anaerob, med eller utan oxidasgener.

Det stämmer överens med en idé som kallas Ox-Tox-modellen: bakterien som blev mitokondrien förtjänade först sin plats genom att absorbera syre som var giftigt för dess arkévärd, långt innan den blev cellens energileverantör.

Vad det inte avgör

Dessa mikrober är kusiner till anfadern, inte anfadern själv. De har haft lika lång tid på sig att utvecklas som vi har, enligt de flesta uppskattningar omkring två miljarder år, och varje egenskap som syns i dag kan ha tillkommit eller försvunnit på vägen. Teamets egen analys antyder att gener för syrehantering har förts i sidled mellan närbesläktade grupper, så frågan om anfadern över huvud taget bar på dem förblir öppen.

Urvalet är också litet. Endast tre stammar från denna gren av trädet har undersökts i mikroskop: HC1, SC1 och en anrikningskultur som tidigare rapporterats av en annan grupp. Alla tre saknar organeller, men en så mångskiftande linje kan omfatta medlemmar med mer avancerade inre strukturer. De tillfälliga inre bubblorna i vissa celler har ännu ingen förklaring, och författarna kallar dem varken primitiva organeller eller artefakter.

Laboratorieförhållandena spelar också roll. Cellformerna förändrades när cellerna fixerades kemiskt för avbildning, och armarna tenderade att brytas av, en varning som författarna själva lyfter fram om att tolka anatomi utifrån bevarade prover. Kulturerna är rena par och trior med partner, inte kulturer med en enda art, eftersom arkéerna inte kan växa ensamma.

En linje som nu kan undersökas experimentellt

JAMSTEC-gruppen odlade den första medlemmen av den bredare Asgardgruppen, en stam kallad MK-D1 från djuphavssediment, och rapporterade den 2020. År 2023 beskrev ett team i Wien en andra, Lokiarchaeum ossiferum, med liknande armar. De nya stammarna tillhör den gren som står eukaryoterna närmast, växer snabbare än MK-D1 och har större celler, vilket gör dem betydligt enklare att studera.

Teamet har föreslagit namn för båda: Candidatus Margulisarchaeum peptidiphilum för HC1, ett släktnamn som bär efternamnet från Lynn Margulis, biologen som förespråkade teorin att mitokondrier började som infångade bakterier, och Candidatus Flexarchaeum multiprotrusionum för SC1.

Vanliga frågor om arkéerna bakom komplext liv

Vad är Asgardarkéer?

Asgardarkéer, som nu formellt kallas Promethearchaeota, är en grupp encelliga mikrober som först identifierades genom DNA från miljöprover och fått sitt namn efter nordisk mytologi. Deras genom bär på många gener som en gång ansågs vara unika för eukaryoter, vilket är anledningen till att de betraktas som den linje ur vilken komplexa celler uppstod.

Utvecklades människor från arkéer?

I en djupare mening, ja. Den ledande modellen säger att den första eukaryota cellen bildades när en arké, besläktad med dagens Heimdallarchaeia, inledde ett partnerskap med en bakterie som blev mitokondrien. Alla djur, växter och svampar härstammar från den sammansmälta cellen.

Har Heimdallarchaeia en cellkärna?

Nej. De odlade stammarna HC1 och SC1 har ingen cellkärna och inga permanenta inre membran. Deras komplexitet finns på utsidan, i långa förgrenade armar som kopplar dem till partnermikrober.

Kan dessa arkéer leva med syre?

Knappt. De är anaeroba och deras antal sjunker omkring hundrafaldigt vid spårmängder av syre, men en stam överlevde låga syrehalter när syreätande bakterier delade dess kultur.

Studien publicerades i Nature den 28 oktober 2026 och lades först ut som preprint i februari 2025. JAMSTEC uppger att de två stammarna nu ska fungera som experimentella modeller, och teamet riktar sitt arbete mot deras cellstrukturer och sättet de binder till partnermikrober för att spåra hur en arkécell med armar på utsidan till slut byggde en cellkärna på insidan.

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

Taggar: arkéer, Asgard archaea, cellbiologi, eukaryoter, evolution, Heimdallarchaeia