В новом исследовании, опубликованном в журнале Nature на этой неделе, международная исследовательская группа под руководством Упсальского университета в Швеции представляет открытие группы микробов, которые дают новое представление о том, как возникла сложная клеточная жизнь. Исследование предоставляет новые подробности того, как миллиарды лет назад сложные типы клеток, включающие растения, грибы, а также животных и людей, постепенно эволюционировали из более простых микробных предков.
Жизнь на нашей планете можно разделить на три основные группы. Две из этих групп представлены крошечными микробами, бактериями и археями. Третья группа организмов включает всю видимую жизнь, такую как люди, животные и грибы, известные под общим названием эукариоты. В то время как клетки бактерий и архей, как правило, маленькие и простые, эукариоты состоят из крупных и сложных типов клеток. Происхождение этих сложных типов клеток долгое время оставалось загадкой для научного сообщества, но теперь международная группа исследователей во главе с Университетом Упсалы идентифицировала группу микроорганизмов, которая дает уникальное представление об эволюционном переходе от простых к сложным клеткам.
Основываясь на новаторской работе известного биолога Карла Вёзе, стало известно, что эукариоты в какой-то момент имели общего предка с археями. Было также ясно, что симбиоз - процесс тесного сотрудничества между двумя типами клеток - играет важную роль в этом процессе. Большинство ученых согласны с тем, что симбиоз, при котором клетка-хозяин археи поглотила бактерию, в конечном итоге привел к возникновению эукариот. Однако вопрос о том, был ли этот симбиоз причиной или, скорее, следствием эволюции сложных клеток, оставался открытым..
В выпуске журнала Nature за эту неделю исследователи из Упсальского университета в Швеции вместе с сотрудниками из США, Японии, Дании и Новой Зеландии сообщают об открытии новой группы архей, архей Асгарда, которые раскрывают важные подробности о том, как усложнялись эукариотические клетки.
Эволюция сложных типов клеток была долгим и сложным процессом, который плохо изучен. Используя новые методы для получения данных о геноме микробов, которые невозможно вырастить в лаборатории, мы идентифицировали новую группу архей, которая связаны с клеткой-хозяином, из которой произошли эукариотические клетки. Это очень волнующие времена», - говорит Тийс Эттема с кафедры клеточной и молекулярной биологии Упсальского университета, который возглавляет научную группу, проводившую исследование.
В 2015 году Тийс Эттема и его коллеги опубликовали прорывное исследование, в котором были описаны геномные данные «Локи», археона, живущего на дне океана и представляющего собой ближайший живой микроорганизм сложной клеточной жизни. В текущем исследовании, которое подтверждает эти предыдущие выводы, описано несколько новых архей, связанных с Локи..
"Эти организмы являются нашими ближайшими микробными родственниками, и мы почти ничего о них не знаем. Современные методы позволяют нам впервые взглянуть на генетику. Это действительно захватывающе!", - говорит Тийс Эттема.
«Наши результаты основаны на анализе генетического материала, который был получен непосредственно из окружающей среды. На самом деле мы никогда не видели эти клетки», - говорит Джимми Со, научный сотрудник отдела клеточной и молекулярной биологии Университета Упсалы. со-ведущий автор статьи.
Мы назвали эти новые археи Тор, Один и Хеймдалль в честь скандинавских богов, и вместе с Локи они образуют археи Асгарда. Интересно, что эти новые группы встречаются в различных средах по всему миру, и не только в глубоком море, как Локи. Пока что их больше всего в донных отложениях», - говорит Ева Фернандес-Касерес, соавтор из Университета Упсалы.
Исследование предоставляет убедительные доказательства того, что эукариоты произошли от линии, родственной этим археям Асгарда.
«Асгардские археи образуют хорошо поддерживаемую группу с эукариотами на древе жизни. Это указывает на то, что они имеют общего предка», - говорит Кася Заремба-Недзвидска, еще один соавтор, участвовавший в исследовании из Уппсалы. Университет. «Эта часть исследования была довольно сложной, и нам явно было бы полезно получить больше данных. Это не конец истории, скорее наоборот!»
Но главный сюрприз обнаружился при более детальном анализе геномов Асгарда.
Мы обнаружили, что археи Асгарда имеют много уникальных общих генов с эукариотами, в том числе несколько генов, которые участвуют в формировании структур, придающих эукариотическим клеткам их сложный характер. Такие гены до сих пор были обнаружены только у эукариот, что указывает на то, что эти археи каким-то образом были подготовлены к тому, чтобы стать сложными. Однако до сих пор нет четкой картины того, как именно это могло произойти», - говорит Аня Спанг, научный сотрудник кафедры клеточной и молекулярной биологии Университета Упсалы.
Более подробное изучение архей Асгарда представляет собой приоритетную цель для Тийса Эттемы и его исследовательской группы. Настоящее исследование показывает, что этих архей можно найти во многих других средах, а не только на дне океана, как считалось ранее. Это делает эту цель более достижимой.
"Было бы здорово, если бы мы могли изолировать или выращивать клетки Асгарда и изучать их под микроскопом. Я убежден, что это даст более важные сведения о том, как эволюционировали сложные клетки. В конечном итоге наши микробные предки будут раскрыты, ", - заключает Тийс Эттема.