Около 2 млрд лет назад
из относительно простых одноклеточных организмов прокариот, к которым относятся
бактерии и археи, произошли более сложные эукариоты. Это в конченом счете
привело к появлению многоклеточных форм жизни. Исследуя дно северной части
Атлантического океана, ученые обнаружили ближайшего из известных на сегодняшний
день родственника эукариот. Это одно из самых значимых открытий последних лет,
проливающее свет на историю развития жизни на Земле. Об открытии рассказывает Science.
Обнаруженный
микроорганизм, вернее его гены, стали настоящей сенсацией в мире эволюционной
биологии. Ученые уже успели окрестить его Локи. По словам исследователя Евгения
Кунина (Eugene
Koonin) из Национального
центра биотехнологической информации (США), новое открытие может многое
рассказать об истории возникновения эукариот. Предком эукариот были довольно
сложные формы жизни, связанные с археями. Найденный образец, по-видимому,
представляет переходную форму между археями и эукариот, добавляет биолог Марк
Филд (Mark Field) из университета Данди (Великобритания).
В отличие от прокариот,
эукариоты дали мутацию органелл в митохондрии, вырабатывающие энергию, а в
зеленых растениях и некоторых простейших — хлоропласты, позволяющие
использовать солнечную энергию. Кроме того их ДНК разместилась внутрь ядра,
которое закрыто мембраной, а клетки получили другую внутреннюю структуру,
включающую аппарат Гольджи, лизосомы и эндоплазматический ретикулум.
Митохондрии и
хлоропласты, как считают ученые, представляли собой ранее свободные формы
прокариот, которые вступили в симбиоз с живой клеткой. Но «личность» организма,
которая впервые «приручила» их остается неизвестной. Результаты молекулярного
анализа свидетельствуют о том, что археи являются ближайшими родственниками
эукариот. Однако биологи пока не могут прийти к единому мнению относительно
того, развились ли эукариоты от простых прокариот до того как появились археи
или нет.
Генетический анализ
Локи говорит в пользу второй гипотезы. В ходе исследования эволюционный биолог
Тайс Эттема (Thijs Ettema) из университета Упсалы (Швеция) и его коллеги
проанализировали 10 граммов осадка с океанического дна между Гренландией и
Норвегией. Они обнаружили, что он содержит последовательности генов неизвестных
микроорганизмов. Хотя исследователи смогли выделить лишь несколько нанограмм
разрушенной ДНК, применяя метод метагеномики, они смогли собрать воедино эти
фрагменты и составить геном трех неизвестных видов архей. Ученые не смогли
выделить живой или мертвый микроорганизм из грязи, но им удалось вывести
характеристики одного из них с наиболее полным геномом.
Образец осадка был взят
около подводных вулканических жерл под названием Замок Локи. Отсюда и название
для восстановленного древнего микроорганизма — Локиархеум или просто Локи. Его
геном, как говорят ученые, обнаруживает значительное сходство с геномом
эукариот. Например, в нем содержатся гены, ответственные за выработку белка
актина, который формировал защитный цитоскелет эукариот и позволял им
двигаться.
Локи несет
актин-подобные гены, которые близки генам эукариот и в целом нетипичны для
других архей. «Это наиболее «эукариотичный» протокариот, который мы когда-либо
видели» — сказал биолог Джеймс Макинерни (James McInerney) из
Национального университета Ирландии. Эволюционное дерево на основе геномов всех
трех новых архей показывает, что они являются ближайшими родственниками
эукариот. Молекулярные признаки Локи показывают, что предок эукариот мог иметь
актиновый цитоскелет и мог питаться другими одноклеточными или другими видами
пищи.
Однако не все
исследователи признают, что открытие Локи заполняет разрыв между эукариотами и
прокариотами. Эволюционный биолог Уильям Мартин (William Martin) из
университета имени Генриха Гейне в Дюссльдорфе (Германия) считает, что для
подобного утверждения еще слишком мало данных. Сейчас команда профессора Эттема
работает над поиском новых фрагментов генома древнего организма.