Миллиарды лет назад во враждебном, меняющемся мире, сильно отличающемся от сегодняшнего, два совершенно разных микроба навсегда соединили свои судьбы. Одно поглотило другое, а может быть, другое вторглось в первое, и из этого необычайного слияния возник первый … сложная клетка, т. общий предок всех животныхрастения и грибы, населяющие Землю сегодня. Мы называем это событие «эндосимбиозом», и оно является краеугольным камнем нашего существования. Фактически, только после того, как это произошло, первые животные.
Но есть проблема. Незавершённый конец, который беспокоил учёных уже почти столетие. И теория гласит, что это слияние произошло между архей (хозяином) и бактерией (жителем, который в конечном итоге стал нашими митохондриями, энергетическими центрами наших клеток). Проблема в том, что бактериям для жизни необходим кислород, а археи должны были быть анаэробным организмом, существом из глубин, для которого кислород является не чем иным, как смертельным ядом. Как же тогда они могли жить вместе, не убивая друг друга? А как они нашли друг друга, если жили в противоположных химических мирах? Это был неразрешимый парадокс. До настоящего времени.
Предок, вышедший из тьмы
Группа ученых из Техасского университета в Остине только что опубликовала в журнале «Природа‘исследование, которое раскрывает тайну. И оказывается, что наш микробный «прапрадедушка» не был отшельником, защищавшимся от кислорода в глубинах океана. Наоборот: теперь я мог этим дышать.
Чтобы прийти к этим выводам, исследователи сосредоточились на архее Асгарда, группе микробов, открытой чуть более десяти лет назад и считающейся нашим ближайшим прокариотическим родственником. И внутри этой группы они обнаружили, что особый класс, Heimdallarchaeia (названный в честь Хеймдалля, скандинавского бога, охранявшего мост в Асгард), не только переносят кислород, но и активно его используют.
В классической теории была дыра, которую невозможно было объяснить: как могли встретиться и слиться микроб, которому нужен кислород, и другой, для которого этот газ является смертельным ядом?
“Большинство живых сегодня Асгардов, – объясняет Бретт Бейкер, один из ведущих авторов исследования, – были обнаружены в среде без кислорода. Но оказывается, что те, кто наиболее тесно связан с эукариотами, живут в местах с кислородом, таких как неглубокие прибрежные отложения и плавают в толще воды, и имеют множество метаболических путей, использующих кислород. “Все это говорит о том, что наши эукариотические предки, вероятно, также обладали такими способностями”.
15 терабайт ДНК
Открытие оказалось непростой задачей. Напротив, это потребовало титанических усилий по генетическому «добыче». И команда, возглавляемая исследователем Кэтрин Эпплер (в настоящее время работает в Институте Пастера в Париже), не ограничилась просмотром в микроскоп, но также собрала данные многочисленных морских экспедиций и обработала почти 15 терабайт ДНК окружающей среды. Это равносильно попытке восстановить тысячи книг, измельченных и перемешанных вместе.
Но они это сделали, и из этого хаоса данных им удалось собрать более 13 000 новых микробных геномов, одним махом удвоив известное геномное разнообразие архей Асгарда.
«Heimdallarchaeia», наши ближайшие родственники-прокариоты, не жили изолированно на абиссальном дне: они населяли богатые кислородом прибрежные районы, готовые совершить эволюционный скачок.
«Эти археи Асгарда, — объясняет Эпплер, — часто остаются незамеченными при секвенировании с низким охватом. «Но масштабные усилия по секвенированию и наложение структурных методов и методов секвенирования позволили нам увидеть закономерности, которые не были видны до этой геномной экспансии».
Для этого они использовали самые передовые технологии. Фактически, команда использовала ApohaFold2, знаменитый Google искусственный интеллект (который уже в пути версия 3еще более мощный), способный предсказывать форму белков и позволивший ученым анализировать молекулярные инструменты этих архей. Результат? Белки Heimdallarchaeia принимают формы, подозрительно похожие на те, которые наши собственные клетки используют сегодня для выработки энергии из кислорода.
Великое окисление
Это открытие прекрасно сочетается с тем, что геологи знают об истории Земли. Мы знаем, что около 1,7 миллиарда лет назад (задолго до первого «Великого события окисления», произошедшего 2,4 миллиарда лет назад) уровни кислорода в атмосфере и океанах претерпели новый резкий скачок.
Что ж, прямо в этот момент, в мире, который для большинства живых организмов в то время был «отравлен» кислородом, наши предки Heimdallarchaeia нашли преимущество: вместо того, чтобы бежать, они адаптировались. Они научились использовать этот химически активный газ для получения большего количества энергии. И именно в этом контексте, в богатой кислородом среде, они столкнулись с бактериями, которые дали начало митохондриям. Это была не вынужденная встреча двух несовместимых незнакомцев, а союз двух организмов, которые уже «говорили на одном метаболическом языке».
По словам Бейкера, «тот факт, что некоторые из Асгардов, которые являются нашими предками, были способны использовать кислород, очень хорошо этому соответствует. Кислород появился в окружающей среде, и Асгарды приспособились к нему. «Они обнаружили энергетическое преимущество в использовании кислорода, а затем эволюционировали в эукариотов».
2026-03-22 03:22:00
1774239279
#мы #наконецто #знаем #как #возникла #сложная #жизнь
По теме
