В глубине океана найдены микробы-родственники сложных форм жизни
Видео: Nathalie Cabrol: How Mars might hold the secret to the origin of life
Исследовательская группа из университета Упсалы (Швеция) рассказала в пресс-релизе об открытии нового микроба, который может быть недостающим звеном в эволюции сложной жизни. Научная работа, опубликованная в издании Nature, даёт новое понимание того, как около двух миллиардов лет назад из простых одноклеточных микроорганизмов появились сложные клетки, которые ныне входят в состав растений, грибов, животных и людей.
Гидротермальная система Замок Локи вдоль Срединно-Атлантического хребта, изученная исследователями из центра геобиологии при Бергенском университете фото R.B. Pedersen/CGB University of Bergen, Norway).
Как известно, клетки являются основными строительными блоками всех форм жизни на нашей планете. Тем не менее в то время как клетки бактерий и других микробов — крошечные и просто устроенные, вся видимая жизнь (в том числе и люди), как правило, состоит из больших и сложных клеток. Происхождение этого сложного типа клеток — давняя загадка для научного сообщества.
В 1970-х годах известный американский микробиолог Карл Вёзе обнаружил совершенно новую группу микроорганизмов — археи. Он продемонстрировал, что они составляют отдельную ветвь на древе жизни, и это открытие потрясло научное сообщество. Несмотря на то, что клетки архей были простыми и небольшими, как у бактерий, исследователи обнаружили, что археи тесно связаны с эукариотами, организмами со сложными типами клеток. Это наблюдение вызывало недоумение у учёных десятилетиями: они пытались выяснить, как могли сложные типы клеток эукариот произойти от простых клеток архей.
В этом месте и был открыт архей Loki (фото R.B. Pedersen/CGB University of Bergen, Norway).
Теперь же учёные из Швеции вместе с коллегами из Бергенского и Венского университетов сообщили об открытии новой группы архей, которую они считают недостающим звеном в происхождении эукариот. Группа получила название Lokiarchaeota (сокращённо – Loki).
"Происхождение эукариотической клетки — крайне сложный процесс и всё ещё не до конца понятный, так как многих частей головоломки по-прежнему не хватает, – рассказывает Тийс Эттема (Thijs Ettema), сотрудник кафедры клеточной и молекулярной биологии Университета Упсалы, возглавивший научную группу. – Сначала мы просто надеялись, что Loki поможет нам в деле выявления нескольких частей головоломки, но, получив первые результаты, мы не могли поверить своим глазам. Данные оказались впечатляющими. Изучая геном этой археи, мы обнаружили, что Loki представляет собой промежуточную форму между простыми клетками микробов и сложными клетками эукариот".
Обнаруженный на дне океана микроорганизм может быть дальним родственником сложноклеточной жизни фото R.B. Pedersen/CGB University of Bergen, Norway).
У нового типа архей, как и у прокариотических бактерий, не хватает ядра клеток и других сложных составляющих. При этом в них присутствует более сотни генов, кодирующих сложные клеточные функции, присущие, как правило, только эукариотам. Когда Loki был размещён на Древе Жизни, идея была подтверждена.
"Помимо всего прочего мы обнаружили, что многие гены Loki такие же, как у эукариот, в том числе кодирующие белок актин: это дало основание предположить, что клеточная сложность возникла на ранней стадии эволюции эукариот", – считает Аня Спанг (Anja Spang), научный сотрудник кафедры клеточной и молекулярной биологии в университете Упсалы.
Молекулярные особенности Loki показали, что предки эукариотов вполне могли иметь актиновые цитоскелеты, которые поддерживали форму клетки и движения организма. Вероятно, они также имели зачатки внутренней структуры, в том числе везикулы, транспортирующей питательные вещества. Тем не менее им, вероятно, не хватало ядер и митохондрий.
Сравнение прокариотической клетки (сверху) и эукариотической клетки (иллюстрация BBC).
Само название Lokiarchaeota происходит от названия враждебной среды, рядом с которой архея была обнаружена – Замка Локи (Loki`s Castle) — это гидротермальная система, залегающая на глубине 2352 метров на Срединно-Атлантическом хребте между Гренландией и Норвегией.
Новое исследование показывает, что растения, грибы и животные являются потомками архей, группы одноклеточных организмов, включающих и обитателей горячих источников Sulfolobus (иллюстрация Eye of Science/Science Source).
"Гидротермальную систему образуют жерла вулканов, расположенных на дне океана, – поясняет Штеффен Йоргенсен (Steffen J rgensen) из Бергенского университета. – Локация, где мы обнаружили Loki, во многом зависит от вулканической деятельности, однако там сохраняются относительно низкие температуры. Экстремальные среды нередко содержат множество не известных науке микроорганизмов, которых мы называем микробной тёмной материей".
Исследователи планируют найти подобные Loki микроорганизмы в горячих источниках парка Йеллоустон (фото BBC).
Исследуя микробную тёмную материю с помощью передовых методов геномики, Эттема и его команда надеются найти больше подсказок, которые помогут изучить в деталях эволюцию сложных клеток. Исследователи не исключают того, что в конечном счёте это приведёт к тому, что учебники биологии будут переписаны.
