Команда Техасского университета в Остине представила новые данные о происхождении эукариот — растений, животных и грибов. Долгое время считалось, что сложные клетки возникли благодаря симбиозу двух микробов, один из которых нуждался в кислороде, а другой жил в бескислородной среде. Оставалось непонятным, как такие организмы могли соединиться.
Исследование в журнале Nature показало, что некоторые древние археи рода Асгард, предки эукариот, умели переносить кислород или использовать его в метаболизме. Учёные обнаружили, что ближайшие к эукариотам представители Асгард встречаются в мелководных прибрежных зонах и обладают путями кислородного обмена. Это позволило предположить, что общий предок эукариот тоже мог работать с кислородом.
По словам Бретта Бейкера, археи, освоившие кислородную среду, получили энергетическое преимущество и со временем превратились в предшественников митохондрий — структур, обеспечивающих клетки энергией.
Исследование геномов и новые данные
Учёные изучили более 13 000 микробных геномов, почти удвоив известное разнообразие архей Асгард. Это позволило уточнить древовое дерево жизни и выявить новые группы ферментов и белков. Особое внимание уделялось Heimdallarchaeia — редким археям, близким к эукариотам.
С помощью ИИ AlphaFold2 исследователи предсказали структуру их белков и обнаружили сходство с белками эукариот, участвующими в кислородном обмене и энергосбережении. Кэтрин Эпплер отметила, что масштабное секвенирование позволило увидеть закономерности, которые раньше оставались скрыты.
Кислород как фактор эволюции
После Великого окислительного события количество кислорода на Земле резко увеличилось. Археи рода Асгард, сумевшие адаптироваться к новым условиям, получили возможность вступить в симбиоз с альфапротеобактериями, которые позже стали митохондриями.
Масштаб исследования
Работа началась в 2019 году и включала анализ около 15 терабайт данных, собранных в разных морских экспедициях. В проекте участвовали учёные из нескольких стран, что позволило сопоставить генетические особенности архей с геологическими и палеонтологическими данными.
Выводы
Результаты исследования подтверждают модель эукариогенеза: сложная жизнь появилась благодаря объединению археи и бактерии и последующему появлению митохондрий. Учёные считают, что адаптация к кислороду стала одним из ключевых факторов эволюции.