Секрет появления сложной жизни на Земле (и нас с вами заодно), возможно, скрыт в соленых микробных матах мелководья Австралии. Исследователям впервые удалось в нанометровых деталях рассмотреть, как загадочные асгардархеи сливаются с бактериями с помощью крошечных трубок — именно так миллиарды лет назад могла зародиться первая сложная клетка, давшая начало всем животным и растениям.
Около двух миллиардов лет назад жизнь на нашей планете была откровенно скучной. В первичном бульоне плавали лишь примитивные одноклеточные: бактерии и археи. Они не строили сложных тел, не придумывали многоклеточность и не писали симфоний. Но однажды произошло событие, изменившее всё: один микроб поглотил другого, но не переварил, а оставил жить внутри себя. Этот «квартирант» в итоге превратился в митохондрию — энергетическую станцию клетки, а сам симбиоз дал начало всем эукариотам (организмам, чьи клетки имеют ядро).
Эта гипотеза, известная как теория эндосимбиоза, давно прописалась в школьных учебниках. Но у биологов всегда оставался вопрос: как именно выглядел этап «ухаживаний» до того, как один организм проглотил другой? И вот, команда австралийских ученых опубликовала в журнале Current Biology результаты исследования, которое наконец-то показало этот процесс наглядно.
Чтобы найти ответы, исследователи отправились в залив Шарк (Shark Bay) на западе Австралии. Это место — настоящая Мекка для эволюционных биологов, ведь там до сих пор процветают строматолиты (микробные маты). Внешне они похожи на склизкие булыжники, но на самом деле это плотные слоистые сообщества микробов — точные копии тех, что насытили раннюю атмосферу Земли первым кислородом.
Внутри этих «живых камней» ученые обнаружили ранее неизвестный микроорганизм, принадлежащий к знаменитой группе асгардархей.
(Для справки: асгардархеи были открыты всего около десяти лет назад. Их назвали в честь мифологического мира скандинавских богов (Асгард, Локи, Тор и т.д.). Генетически именно они считаются ближайшими из ныне живущих родственников наших одноклеточных предков.
Нового микроба назвали Nerearchaeum marumarumayae. Имя состоит из отсылки к греческому морскому божеству Нерею и слову marumarumayae («древний дом» на языке коренного австралийского народа малгана, старейшины которого помогали ученым).
Выловить архею из грязи — это только полдела. Чтобы понять, как она живет, ее нужно вырастить в лаборатории. Это был настоящий кошмар микробиолога: на попытки культивировать N. marumarumayae ушло четыре или пять лет. Микроб категорически отказывался размножаться в гордом одиночестве.
«То, что мы так и не смогли получить эту архею в абсолютно чистой культуре, вероятно, говорит о главном: она принципиально не способна выжить без других организмов», — отмечает соавтор исследования, доцент Брендан Бернс (Brendan Burns).
Архея выживала только в компании бактерии-партнера — Stromatodesulfovibrio nilemahensis. Чтобы понять, что именно их связывает, ученые заморозили образец и применили электронную криотомографию — метод, позволяющий получать сверхчеткие 3D-снимки объектов размером в миллионные доли миллиметра.
Оказалось, что асгардархея вовсе не похожа на скучный гладкий шарик. Она обладает сложной морфологией: от её тела отходят длинные ветвящиеся отростки, а также цепочки мембранных пузырьков (везикул), похожие на связки сосисок. У археи даже обнаружили подобие примитивного внутриклеточного скелета из белка локиактина — предка того самого актина, который сегодня поддерживает форму наших с вами клеток и позволяет сокращаться нашим мышцам.
Но самое главное: ученые своими глазами увидели, как бактерия и архея физически соединяются друг с другом с помощью тончайших межклеточных нанотрубок. Это не просто случайное касание, а настоящий канал связи и снабжения.
Исследователи выяснили, что микробы занимаются жесточайшим, но взаимовыгодным бартером. Бактерия синтезирует жизненно важные аминокислоты и витамины, передавая их архее. Взамен асгардархея, используя свои метаболические пути, производит водород, ацетат и другие вещества, которые «съедает» бактерия. Это явление называется синтрофией — перекрестным питанием, при котором два организма зависят друг от друга настолько сильно, что фактически становятся единым целым.
Долгие годы теория появления эукариот опиралась в основном на анализ геномов: мы сравнивали ДНК и понимали, что мы — «сборная солянка» из архей и бактерий. Теперь же у науки есть реальная живая модель того, как этот союз мог выглядеть на практике в первобытном океане.
Однако, стоит не забывать, что микробы из залива Шарк — это современные организмы, живущие здесь и сейчас. Они не наши дедушки, а скорее очень далекие кузены, которые сохранили «семейные традиции» и демонстрируют образ жизни, который миллиарды лет назад привел к величайшему эволюционному скачку. Кроме того, культура, с которой работали ученые, была очищена лишь на 89% (что для таких капризных микробов уже считается огромным успехом), так что полная картина взаимодействий в микробном мате может быть еще сложнее.
Мы привыкли думать, что эволюция — это беспощадная борьба за выживание, где сильный пожирает слабого. Но история наших микроскопических предков показывает: чтобы создать сложную жизнь, нужно было не победить конкурента, а обнять его своими нанотрубками, поделиться витаминами и признать, что в этом жестоком мире выжить поодиночке просто невозможно.
Поддержать нас на Boosty
Поддержать нас на Дзен
Читайте также: Странные формы жизни обитают в земной коре, и некоторые из них могут жить миллионы лет
Комментировать можно ниже в разделе “Добавить комментарий”.