Все многообразие сложных организмов, возможно, ведёт свою историю от одного крошечного предка. Этим прародителем животных, растений, грибов и человека могла быть древняя архея, обитавшая на планете примерно два миллиарда лет назад. К такому выводу пришли исследователи, проанализировавшие генетический материал малоизученных глубоководных микробов. Об этом со ссылкой на публикацию в журнале Nature сообщает Earth.com.
Общий предок в ветви Асгарда
Сравнительный анализ ДНК указывает на то, что этот древний организм принадлежал к группе, названной Асгардскими археями. Все эукариоты, то есть существа со сложными клетками, имеющими ядро, — от человека до дуба — попадают в эту обширную группу. Ближе всего к ним оказывается подгруппа Ходархаилы. Работой по реконструкции этого эволюционного пути руководил эволюционный микробиолог Тиж Эттема из Вагенингенского университета (Нидерланды). Его команда специализируется на составлении геномов из фрагментов ДНК, собранных в труднодоступных местах.
"Наличие этого общего предка — это большой шаг в понимании этого", — отмечает исследователь из Техасского университета в Остине Бретт Бейкер.
Учёные сшили сотни микробных геномов, чтобы построить подробное генеалогическое древо. Генетические модели показывают, что ветви, близкие к Ходархаилам, пережили множественное дублирование генов. Это создало обширный генетический "материал", который впоследствии мог быть использован для построения сложных эукариотических клеток.
Среда обитания загадочных микробов
Археи — это одноклеточные микроорганизмы, отличные от бактерий, они часто процветают в экстремальных условиях. Ранее обнаруженные виды Асгарда находили в гидротермальных источниках, подземных водоносных пластах и других средах с необычной химией. Недавно идентифицированные Ходархаилы, вероятно, отделились от других линий Асгарда в глубокой древности. Анализ их геномов намекает, что эти микробы предпочитали более прохладные условия и потребляли органический углерод, что сближает их с современной сложной жизнью.
Отслеживая метаболические гены, исследователи пришли к выводу, что самый ранний предок Асгарда, вероятно, был хемолитотрофом. Такой микроб получает энергию из неорганических соединений и, возможно, обитал в горячих источниках, используя углекислый газ. Позже некоторые ветви, включая Хеймдаллархей и Ходархаил, адаптировались к умеренным температурам. Линия, ведущая к эукариотам, видимо, перешла от самостоятельного создания органики к потреблению готовых соединений.
Лабораторная неуловимость и сложность
Большинство архей Асгарда крайне сложно выращивать в лаборатории. Одним из немногих исключений стал микроб Prometheoarchaeum syntrophicum, культивировать который удалось лишь после десяти лет упорных попыток. Он живёт в бескислородной среде и существует в синтрофии с партнёрами, которые потребляют производимый им водород. Изучение подобных культур с помощью микроскопии выявило удивительную структурную сложность клеток Асгарда.
Учёные наблюдали тонкие разветвлённые выросты, отходящие от тела клетки. Оказалось, что для формирования этих структур микробы используют актиновые белки — компонент, который ранее считался уникальной чертой эукариот. Это открытие напрямую связывает простых архей со сложными клетками. Изображения показывают клетки, более разнообразные по форме, чем у многих бактерий, но пока без оформленного ядра.
Эволюционная головоломка и будущие исследования
Всё это проливает свет на процесс эукариогенеза — загадочную цепь событий, которая привела к появлению первой сложной клетки. Исследователи тщательно проверяли устойчивость своих эволюционных деревьев к разным моделям анализа, указывая на области, где остаётся неопределённость. Открытия в области Асгарда оживлённо дискутируются в научной среде, например, в спорах о делении жизни на три домена (бактерии, археи, эукариоты) или на два (бактерии и объединённая ветвь археи-эукариоты).
Генетические реконструкции предполагают, что эти предки вели себя как гетеротрофы, организмы, которые собирают энергию, потребляя органические соединения, а не делая их с нуля. Каждая новая ветвь Асгарда, добавленная в общее древо, делает историю происхождения сложной жизни более чёткой. Учёные надеются, что культивирование большего числа видов поможет понять, как клеточные взаимодействия и партнёрства привели к появлению митохондрий — "энергостанций" эукариотических клеток.
Таким образом, изучение древних микробов Асгарда — это не просто фундаментальное исследование далёкого прошлого. Это поиск ответа на вопрос о нашем собственном глубоком происхождении. Каждый новый геном приближает науку к пониманию того, как из одного типа примитивного микроорганизма в конечном счёте возникло всё биологическое разнообразие, включая человека.
