Как зародилась жизнь? Изучение микробов Asgard объясняет, как одноклеточные создали сложные клетки и жизнь
Вы когда-нибудь задумывались о том, что привычное деление живого мира на растения, животных и бактерии может быть не совсем верным? Оказывается, существует целая группа микроорганизмов, археи Asgard, чье открытие перевернуло наши представления об эволюции и происхождении сложных клеток, из которых состоим мы с вами.
Еще совсем недавно, каких-то десять лет назад, о существовании этих таинственных созданий никто и не подозревал. Лишь в 2015 году, анализируя донные отложения в глубинах океана, ученые наткнулись на генетические обрывки, указывающие на присутствие чего-то совершенно нового. Подобно старательным археологам, собирающим осколки древних ваз, исследователи, вооружившись мощными компьютерами, восстановили из этих фрагментов геном. И вот тут-то и стало ясно: перед ними — неизведанный мир архей.
Археи, как и бактерии, одноклеточны. Но не стоит их путать! Генетически они сильно отличаются, особенно в устройстве клеточных оболочек и метаболизме. Последующие поиски позволили микробиологам не только идентифицировать этих существ, но и выделить их в отдельную подгруппу — археи Asgard. Название выбрано не случайно: Asgard в скандинавской мифологии — обитель богов. А найдены эти микробы были неподалеку от Замка Локи — гидротермального источника в Атлантическом океане. Кажется, само Провидение направило ученых к этому открытию.
Разрушители шаблонов: как Asgard изменили родословную жизни
Именно Asgard стали тем самым недостающим звеном между простыми археями и эукариотами — организмами, чьи клетки имеют сложное строение и содержат ядро (к ним относятся, например, растения и животные). Это открытие поставило под сомнение привычную схему деления всего живого на три домена: бактерии, археи и эукариоты.
Некоторые ученые даже предложили пересмотреть эту классификацию и включить эукариот в состав Asgard. Тогда на древе жизни останется всего две основные ветви: бактерии и археи (включая, разумеется, и нас с вами, эукариот).
Профессор Мартин Пилхофер из Высшей технической школы Цюриха уже несколько лет занимается изучением Asgard. И вот, недавно, его команда смогла приоткрыть завесу тайны над внутренним устройством этих микробов. Исследовав Lokiarchaeum ossiferum, выделенного из донных отложений в Словении, ученые обнаружили у него структуры, характерные для эукариот. Например, белок актин, очень похожий на тот, что есть в наших клетках. Этот белок формирует нити, образующие своего рода скелет щупальцевидных выростов клетки Asgard.
Но это еще не все. В эукариотических клетках есть еще один важный элемент — микротрубочки, состоящие из белка тубулина. Они отвечают за транспорт веществ внутри клетки и за разделение хромосом при делении. Происхождение этих микротрубочек долго оставалось загадкой. И вот, в ходе новых исследований, ученые обнаружили подобные структуры и у Asgard! Тубулины Asgard образуют микротрубочки, хоть и меньшего размера, чем у эукариот.
Правда, такие тубулины встречаются далеко не у всех Asgard. И пока не ясно, какую именно функцию они выполняют. Возможно, они тоже участвуют в транспорте веществ, как и микротрубочки эукариот.
От простого к сложному: как Asgard могли дать начало новой жизни
Эти открытия заставляют задуматься: а не стали ли Asgard тем самым «толчком», который привел к появлению сложных клеток? Не исключено, что когда-то, в далеком прошлом, один из архей Asgard «захватил» бактерию своими выростами. Со временем эта бактерия превратилась в митохондрию — энергетическую станцию наших клеток. А потом появилось и ядро, и другие органеллы. Так, шаг за шагом, и возникла эукариотическая клетка.
Как считает профессор Пилхофер, цитоскелет Asgard мог сыграть ключевую роль в этом процессе. Именно он позволил этим археям формировать выросты, захватывать бактерии и давать начало новой, более сложной форме жизни.
Что дальше? Охота на Asgard продолжается
Сейчас ученые планируют детально изучить функции актиновых филаментов и тубулиновых микротрубочек у Asgard. Кроме того, они пытаются идентифицировать белки, находящиеся на поверхности этих микробов. Это позволит разработать антитела, с помощью которых можно будет «вылавливать» Asgard из смешанных культур микроорганизмов.
Как говорит профессор Пилхофер, «у нас еще много вопросов без ответа об археях Asgard, особенно в отношении их связи с эукариотами и их необычной клеточной биологии». Но одно можно сказать наверняка: изучение этих древних микробов — это увлекательное путешествие вглубь истории жизни на Земле, которое может изменить наше представление о самих себе. Ведь, возможно, в наших клетках до сих пор живут отголоски тех самых Asgard, которые заложили фундамент для всей сложной жизни, существующей на нашей планете.