Микроб из Тихого океана и загадка происхождения сложных клеток

Два миллиарда лет назад из простых клеток появились более развитые организмы. Биологи десятилетиями пытались понять, как это произошло.

Они изучали окаменелости, и все выглядело так, словно сложные клетки появились из ниоткуда. Ученые предполагали, что должен существовать какой-то переходный вид — организм, который даст ответ на вопрос, как из простых микроорганизмов выросли растения, грибы, животные и люди.

До этого загадочного организма мир был населен только бактериями и группой существ под названием археи, которые не имеют ядер, лизосом, митохондрий и клеточных скелетов.

В 2006 году исследователи подняли ил со дна Тихого океана. Они планировали выделить микроорганизмы, которые питаются метаном, чтобы использовать их для очистки сточных вод.

В лаборатории Национального института передовых промышленных наук и технологий в Цукубе (Япония), они имитировали условия морского дна. Ил поместили в камеру без кислорода, в которую закачивали метан и добавляли ядовитые газы, чтобы уничтожить менее приспособленные организмы.

Процесс затянулся, потому что у микробов, живущих на холодном морском дне, замедлены все процессы. Например, они могут делиться раз в 25 дней, тогда как обыкновенная кишечная палочка делится каждые 20 минут. Только спустя 10 лет ученые получили своего микроба.

Однако эта история не была бы такой интересной, если бы шведские исследователи из Университета Уппсалы не вели параллельное исследование — совершенно с другими целями. В 2015 году они обнаружили фрагменты ДНК в отложениях, извлеченных со дна Северного Ледовитого океана.

ДНК содержало гены, часть из которых принадлежала примитивным археям, а часть — была типичной только для эукариот, то есть более сложных клеток, имеющих ядра. Предполагаемые существа получили название археи Асгарда.

Когда шведские ученые написали о своей необычной находке, японские специалисты были в шоке. Их живой микроб принадлежал к той же группе организмов! Его назвали Prometheoarchaeum syntrophicum в честь Прометея.

Под микроскопом он выглядит весьма необычно: в центре крошечная сфера, обросшая длинными ветвящимися щупальцами и выпускающая целую флотилию пузырьков, покрытых мембраной.

Ученые думали, что археи Асгарда использовали эукариотоподобные белки для создания структур, напоминающих ядра. Но оказалось, что живой микроб совсем не таков: у него нет структуры — только ДНК и белки. Это наводит на мысль, что у белков, которые стали основой для создания сложных клеток, изначально могли быть другие функции.

До открытия прометеоархея некоторые исследователи считали, что предки эукариот были хищниками, которые поглощали более мелких микробов. Однако прометеоархей склонен к кооперации, а не охоте. Другие существа питаются его отходами, а взамен обеспечивают необходимыми соединениями.

Теперь предполагается, что жившие археи Асгарда втягивали бактерии в свои щупальца, образовывая сложную сеть, которая со временем превратилась в митохондрии.

Конечно, эти версии не являются окончательными, ведь мы имеем дело с организмом, который живет в 2020 году, и не факт, что он существовал 2 млрд лет назад. Однако он приближает исследователей к разгадке одной из самых интересных тайн биологии.

Источник: The New York Times