Все живые организмы, включая животных, растения, грибы и человека, формируются из эукариотических клеток – сложных структур, характеризующихся наличием ядра и разнообразных внутренних компонентов. Механизм возникновения этих клеток приблизительно два миллиарда лет назад представляет собой одну из ключевых нерешенных задач в биологии.
В течение продолжительного времени исследователи придерживались мнения о том, что основополагающим этапом эволюции эукариотических клеток стало слияние двух микроорганизмов. Согласно общепринятой гипотезе, древняя архея – одноклеточный организм, генетически отличный от бактерий, – захватила бактерию, которая впоследствии трансформировалась в митохондрию. Митохондрии нередко именуют «энергетическими центрами» клетки, поскольку именно они обеспечивают ее значительной частью необходимой энергии.
Тем не менее, свежее исследование, проведенное международной командой ученых и опубликованное в журнале Nature, указывает на то, что возникновение сложной жизни могло быть более протяженным и многогранным процессом.
История не двух, а многих участников
Несмотря на общепризнанную роль митохондрий в развитии сложных клеток, новые данные указывают на то, что формирование первых эукариот было более сложным процессом, чем считалось ранее.
Исследователи выявили генетические маркеры, свидетельствующие о том, что в эволюции общего предка всех современных эукариот принимали участие не только археи и древние митохондрии, но и другие группы бактерий, включая Myxococcota и Planctomycetota.
Группа Myxococcota играет важную роль в метаболических процессах и функционировании клеточных мембран, а Planctomycetota отличаются уникальной внутренней структурой, характеризующейся наличием внутренних компартментов, подобных отсекам внутри клетки, что редко встречается у бактерий.
Авторы исследования полагают, что эволюция сложной клетки происходила в течение длительного периода времени, посредством постепенной передачи полезных генов между различными микроорганизмами.
Поиск древнейших следов жизни
Сложность определения истоков первых эукариот обусловлена тем фактом, что эти организмы были микроскопическими и крайне редко оставляли окаменелости.
В связи с этим, научное сообщество прибегнуло к методу, который можно охарактеризовать как «генеалогическое исследование». С применением вычислительных мощностей суперкомпьютера MareNostrum был проведен анализ обширных баз данных, содержащих геномные последовательности современных живых организмов.
В результате исследований ученым удалось воссоздать генетический портрет LECA – последнего общего предка всех эукариот. Именно от этого древнего организма произошли впоследствии животные, растения, грибы и бесчисленное количество других видов.
Полученный набор генов был сопоставлен с информацией о десятках тысяч геномов бактерий, архей и вирусов. Этот трудоемкий процесс занял более пяти лет и потребовал разработки сложных математических алгоритмов для выявления глубоких эволюционных взаимосвязей.
Неожиданная роль гигантских вирусов
В числе наиболее примечательных находок оказалось выявление остатков огромных вирусов, относящихся к группе Nucleocytoviricota.
В отличие от типичных вирусов, эти обладают весьма обширными геномами, позволяющими им транспортировать значительный объем генетической информации. Ученые полагают, что подобные вирусы могли действовать как своего рода переносчики между различными микроорганизмами, содействуя передаче генов от одного вида к другому.
В случае подтверждения данной гипотезы, вирусы предстанут не только как паразиты, но и как значимые факторы одного из важнейших этапов в эволюции жизни на Земле.
Что это меняет
Представленная работа не опровергает общепринятую теорию возникновения эукариот, однако существенно расширяет ее рамки. Вместо единичного решающего слияния между археей и бактерией, исследователи предлагают рассматривать формирование сложных клеток как итог множества взаимодействий различных микроорганизмов, растянувшихся на значительный период времени.
По своей сути, клетки, из которых состоят современные люди, животные и растения, могут являться продуктом древней «взаимовыгодной деятельности» целого сообщества микроорганизмов. Как следствие, история нашего возникновения оказалась куда более сложной и увлекательной, чем предполагалось ранее.
