«Микробный союз» на дне океана: найдено недостающее звено в эволюции сложных клеток

Исследователи под руководством доцента Брендана Бернса из Сиднейского университета Нового Южного Уэльса обнаружили в строматолитах залива Шарк-Бей в Австралии ранее неизвестный микроб из группы архей Асгарда, который вступает в тесное физическое взаимодействие с бактерией через нанотрубки. Результаты этой работы, проливающие свет на происхождение сложных клеток, опубликованы в журнале Current Biology.

Строматолиты и их близкие родственники микробные маты на первый взгляд выглядят просто как скопления старых темных камней. Однако на самом деле это плотные, слоистые сообщества микробов, которые задолго до появления растений и животных насытили атмосферу Земли первыми молекулами кислорода. Теперь ученые утверждают, что эти «живые ископаемые» могут также объяснить, как зародилась сложная жизнь.

Брендан Бернс, эволюционный микробиолог из Сиднейского университета Нового Южного Уэльса, входит в группу, которая идентифицировала неизвестного ранее микроба, живущего в тесном взаимодействии с другим организмом внутри строматолитов. Эта работа, выполненная совместно с исследователями из Сиднейского технологического университета и Мельбурнского университета, помогает разгадать одну из величайших загадок биологии: как простые клетки впервые объединились, чтобы образовать эукариоты – более сложные формы жизни, из которых состоят все растения и животные, включая человека. Брендан Бернс подчеркивает: «Строматолиты могут быть не просто колыбелью жизни, где процветала ранняя микробная жизнь. Они также могли бы рассказать нам о том, как зародилась сложная жизнь».

Хотя строматолиты появились на Земле миллиарды лет назад, они продолжают формироваться в заливе Шарк-Бей, объекте Всемирного наследия ЮНЕСКО в Западной Австралии. Именно здесь Бернс и его коллеги собрали образцы и в итоге выделили представителя архей Асгарда – уникальной группы микробов, которые считаются тесно связанными с предками эукариот.

В биологии существует давняя теория, согласно которой первый эукариот возник в результате слияния древней археи и бактерии, когда один организм в конечном итоге поглотил другой, что дало начало митохондриям – энергетическим станциям клеток. Однако прямых доказательств того, как такие отношения могли выглядеть на практике, до сих пор не хватало. Новое исследование впервые наглядно демонстрирует физическое взаимодействие архей из Асгарда с бактерией посредством тонких трубчатых структур, известных как нанотрубки. «Это может послужить небольшой моделью того, как зарождались подобные партнерства и как в конечном итоге сформировались эукариоты», – говорит Бернс.

Путь к этому открытию был долгим. Хотя генетическое секвенирование выявило ДНК организмов в образцах, культивирование микробов для наблюдения за их активностью оказалось чрезвычайно сложной задачей. Бернс признается: «На это ушло четыре или пять лет в лаборатории. Много времени ушло на оптимизацию и поиск различных истинных закономерностей».

Археи Асгарда известны тем, что их очень трудно культивировать вне естественной среды, и команде не удалось вырастить их в изоляции. По словам ученых, это открытие также имеет важное значение: «Вероятно, нам никогда не удавалось получить из этих организмов чистую культуру, потому что они всегда зависят от других организмов для выживания». Прорыв произошел благодаря электронной криотомографии – высокоразрешающей трехмерной методике визуализации, которая позволила увидеть структуры в масштабе миллионной доли миллиметра. Изображения показали, что два организма физически связаны бактериальными нанотрубками, а археон, кроме того, отращивал цепочки почкующихся везикул и сложные трубчатые структуры. Каждый микроб производил соединения, которые мог использовать другой, включая витамины, питательные вещества и водород.

Недавно обнаруженный археон получил название Nerearchaeum marumarumayae в честь древнегреческого бога моря Нерея и слова marumarumayae на языке малгана, означающего «древний дом». Язык малгана – один из традиционных языков жителей центральной части залива Шарк-Бей, чья связь с родной землей признана правом коренных народов.

Бернард Бернс надеется обнаружить больше микробных взаимодействий, расширяя то, что он называет «маленьким первобытным супом Асгарда», чтобы помочь собрать воедино самые ранние главы сложной жизни. Он подчеркивает важность сотрудничества между различными дисциплинами и отмечает, что «одна из причин, почему это так интересно, заключается не просто в открытиях, а в установлении связей», особенно в тот момент, когда хрупкие экосистемы сталкиваются с растущими угрозами со стороны изменения климата и деятельности человека.

Таким образом, ученые впервые зафиксировали прямое физическое взаимодействие между археей Асгарда и бактерией с помощью нанотрубок, что предоставляет уникальную наглядную модель для понимания того, как простые клетки могли объединяться в сложные эукариотические формы жизни, и приближает разгадку одного из ключевых этапов эволюции жизни на Земле.

Присоединяйтесь к нам в соцсетях