Международная команда исследователей представила результаты, которые помогают по-новому взглянуть на один из ключевых этапов эволюции — появление организмов со сложной клеточной структурой. Работа, вышедшая в Nature, описывает, как древние микробы могли стать основой для животных, растений и грибов.
Главное различие между прокариотами и эукариотами заключается в устройстве клетки. Бактерии и археи не имеют оформленного ядра и органелл, тогда как эукариоты обладают сложной внутренней организацией, включая митохондрии — структуры, обеспечивающие клетку энергией. Все крупные формы жизни состоят именно из таких клеток.
Распространённая теория утверждает, что предок эукариот произошёл от археи группы асгардов, которая вступила в симбиоз с бактерией. Древняя архея не переварила «гостя», и тот постепенно превратился в митохондрию. На это указывает сходство ДНК митохондрий с генетическим материалом альфапротеобактерий.
Однако долгое время оставался нерешённым вопрос: большинство известных асгардских архей живут в условиях почти полного отсутствия кислорода, тогда как митохондрии участвуют в кислородном дыхании. Как мог возникнуть такой союз, если хозяин не переносил кислород?
Учёные из Техасского университета в Остине проанализировали около 15 терабайт экологической ДНК из морских экспедиций и восстановили сотни новых геномов асгардских архей. Это почти удвоило известное разнообразие группы. Особый интерес вызвали Heimdallarchaea: методы машинного обучения позволили обнаружить гены, связанные с элементами электронно-транспортной цепи — ключевой части кислородного метаболизма. Это говорит о том, что предки эукариот могли работать с кислородом или хотя бы переносить его.
Некоторые из этих архей были найдены в мелководных районах, где встречаются аэробные альфапротеобактерии. Такая экологическая «точка пересечения» напоминает условия, которые могли способствовать зарождению древнего симбиоза.
Эти данные позволяют считать, что предок эукариот не был строгим анаэробом. Напротив, он, вероятно, обладал механизмами, необходимыми для взаимодействия с кислородом. Это снимает важное противоречие в теории происхождения митохондрий и делает сценарий симбиоза гораздо более реалистичным.
Хотя исследование не даёт окончательного ответа, оно заметно продвигает понимание того, как микроскопические организмы могли стать отправной точкой для появления сложной жизни на Земле.