Международная группа исследователей представила данные, которые позволяют по-новому взглянуть на один из ключевых этапов эволюции – появление сложных организмов. Работа, опубликованная в журнале Nature, проливает свет на то, каким образом древние микробы могли стать отправной точкой для возникновения животных, растений и грибов.
В основе проблемы лежит фундаментальное различие между двумя типами клеток. Прокариоты – это бактерии и археи, лишенные оформленного ядра и внутренних органелл. Эукариоты, напротив, обладают сложной внутренней структурой, включая митохондрии – своеобразные энергетические станции клетки. Именно из эукариотических клеток состоят все видимые невооруженным глазом формы жизни.
Согласно ведущей гипотезе, предком эукариот стала архея из группы асгардов, которая вступила в тесное взаимодействие с бактерией. Вместо того чтобы переварить ее, древний микроорганизм сохранил «гостя» внутри себя. Со временем эта бактерия превратилась в митохондрию. Косвенным подтверждением служит сходство ДНК митохондрий с генетическим материалом альфапротеобактерий, а также особенности клеточных мембран.
Однако у теории долгое время оставалось слабое место. Большинство известных асгардских архей предпочитают среды с минимальным содержанием кислорода. При этом митохондрии сегодня напрямую связаны с кислородным дыханием. Возникал логичный вопрос: как могла произойти такая симбиозная связь, если «хозяин» не был приспособлен к жизни в кислородной среде?
Команда ученых из Техасского университета в Остине провела масштабный анализ экологической ДНК, собрав около пятнадцати терабайт генетических данных из морских экспедиций. В результате были восстановлены сотни новых геномов архей асгардов, что почти вдвое расширило известную базу их генетического разнообразия.
Особое внимание исследователи уделили группе Heimdallarchaea. С помощью методов машинного обучения удалось выявить в их геномах гены, кодирующие белки, сходные с элементами электронно-транспортной цепи – системы, лежащей в основе кислородного метаболизма. Это указывает на то, что по крайней мере часть ближайших родственников предков эукариот была способна использовать кислород или переносить его присутствие.
Интересно, что некоторые образцы архей были обнаружены в мелководных прибрежных отложениях, где до сих пор обитают аэробные альфапротеобактерии. Такая экологическая «встреча» напоминает условия, при которых мог сформироваться древний симбиоз, давший начало сложной клеточной организации.
Полученные результаты позволяют предположить, что предок эукариот не был строгим анаэробом, как считалось ранее. Напротив, он, вероятно, обладал механизмами работы с кислородом. Это снимает одно из главных противоречий в теории происхождения сложной жизни и делает сценарий симбиоза археи и бактерии более логичным с точки зрения биохимии.
Исследование не закрывает вопрос окончательно, но существенно продвигает понимание того, как микроскопические формы жизни могли стать основой для всего биологического разнообразия планеты.
