Историю жизни проследили до асгарда
Проблема возникновения и развития жизни не первый век остается одной из наиболее интересных и острых в палеонтологии. Особенно привлекает исследователей этап появления эукариот, или ядерных организмов, к которым принадлежим и мы с вами.
Считается, что они возникли в результате симбиоза неких менее сложных форм жизни, но сказать о наших далеких прародителях что-либо конкретное за давностию лет было довольно сложно. И вот международная группа ученых вычислила одного из участников того эпохального симбиоза.
Все разнообразие жизни на нашей планете можно свести к четырем крупнейшим подразделениям – доменам или надцарствам. Это бактерии (Eubacteria), вирусы (Viruses), археи (Archaea) и эукариоты (Eukaryota).
Простейшие, грибы, растения и животные относятся к эукариотам, поскольку только их клетки содержат ядро.
Между тем самыми первыми обитателями Земли были бактерии и археи (вполне вероятно, что также и вирусы, однако не все биологи согласны с тем, что вирусы можно считать живыми). По современным научным представлениям, и бактерии, и археи завелись на нашей планете около 3,7 млрд лет назад, вскоре после того, как завершилось ее формирование.
Спустя примерно полтора миллиарда лет на сцену вышли эукариоты, но откуда они взялись, точно никто пока не знает. Наиболее распространенная гипотеза считает эукариот результатом симбиоза неизвестных архей, выступавших старшим партнером, или хозяином, и бактерий класса Alphaproteobacteria, со временем превратившихся в клеточные митохондрии.
Однако личность первого участника симбиоза имеет ключевое значение для понимания сущности эволюции эукариот.
Первые данные, проясняющие ситуацию, получил в 2015 году Тайс Эттема (Thijs Ettema) из шведского Упсальского университета. В отложениях морского дна между Гренландией и Норвегией он обнаружил новый тип архей, которых назвал Lokiarchaeota – в честь трикстера Локи из скандинавского пантеона.
К сожалению, самих клеток локиархеот Эттема не нашел, ему достались лишь фрагменты ДНК. Однако анализ этого генома показал, что Lokiarchaeota являются ближайшими современными родственниками всех эукариот.
В 2016 году команда ученых из Техасского университета в Остине обнаружила в Северной Каролине следы еще одной группы архей, родственной локиархеотам. В целях поддержания традиции их описали под именем Thorarchaeota – в честь скандинавского громовержца Тора.
И вот в 2017 году Эттема, техасцы и несколько других лабораторий со всего мира сообщили об открытии ими ДНК еще двух групп родственников архей Локи и Тора. Собранные в национальном парке Йеллоустон, глубоководных гейзерах на дне океана близ Японии и в горячих источниках Новой Зеландии материалы получили свои имена в честь Одина и Хеймдалля – Odinarchaeota и Heimdallarchaeota.
Вместе с предыдущими находками они образовали новый надтип (superphylum) под ожидаемым названием Asgard. И главное – все принимавшие участие в работе исследователи уверены, что эукариоты в свое время развились либо из самих «асгардцев», либо из их ближайших родственников.
«Используя новые методы получения данных о геноме микробов, которые не могут быть выращены в лаборатории, мы идентифицировали новую группу архей, которая связана с клеткой-хозяином, из которой эволюционировали эукариотические клетки, – заявил Эттема. – Это очень захватывающее время».
Открытие ДНК этих микробов было значительным уже само по себе, но настоящим сюрпризом стали неожиданные подробности, проявившиеся по мере детального изучения этих генов. Дело в том, что многие гены, обнаруженные у Asgard, ранее считались уникальными для эукариот.
Это, например, гены, ответственные за строительство и изменение внутренних скелетов и транспортировку молекул между клетками. Таким образом, археи находились на пути к превращению в эукариот еще до поглощения бактерий.
Однако разные «эукариотические» гены оказались разбросаны по разным таксонам Asgard, и ни у кого из них не имелось их полного комплекта. «Эти археи были каким-то образом подготовлены к усложнению, – отметила одна из участниц исследования от Упсальского университета Аня Спанг (Anja Spang). – Тем не менее, картина того, как именно это могло произойти, далеко не ясна».
Есть и еще один момент, заставляющий ученых нервничать. До сих пор никто не смог наблюдать реальный образец любой из архей Asgard, так сказать, во плоти – все они до сих пор известны лишь по их ДНК.
«Было бы просто здорово, если бы мы смогли изолировать или вырастить клетки Asgard и изучить их под микроскопом, – признался Эттема. – Я убежден, что это позволило бы выявить более важные подсказки о том, насколько сложными были клетки к своему эволюционному прорыву. Уверен, что в конечном счете история нашего микробного происхождения будет раскрыта».
Статья опубликована в журнале Nature
