Международная команда ученых под руководством исследователей из Техасского университета в Остине приблизилась к разгадке одного из главных вопросов эволюции: как возникла сложная жизнь.
На протяжении десятилетий биологи считали, что эукариоты – клетки, из которых состоят растения, животные и грибы, – появились в результате слияния двух разных микроорганизмов. Один из них стал “хозяином”, а другой со временем превратился в митохондрии – клеточные “электростанции”. Однако существовала серьезная проблема: один организм зависел от кислорода, а другой, как предполагалось, жил исключительно в бескислородной среде. Как они могли встретиться?
Ответ, вероятно, кроется в древних микробах, известных как археи Асгарда.
Археи, изменившие представление об эволюции
В исследовании, опубликованном в журнале Nature, ученые показали, что некоторые представители архей Асгарда способны переносить и даже использовать кислород. Это открытие меняет прежние представления о среде, в которой зародилась сложная жизнь.
“Большинство асгардов находят в бескислородных условиях, – пояснил доцент Бретт Бейкер. – Но те, которые наиболее близки к эукариотам, обитают в средах с кислородом и обладают метаболическими путями для его использования”.
Это означает, что предок эукариот, вероятно, уже был адаптирован к жизни в условиях присутствия кислорода.
Кислород как двигатель эволюции
Открытие хорошо согласуется с данными о Великом окислительном событии – периоде более 1,7 миллиарда лет назад, когда уровень кислорода в атмосфере Земли резко вырос. Именно вскоре после этого в палеонтологической летописи появляются первые эукариоты.
По словам ученых, способность использовать кислород могла дать энергетическое преимущество, ускорив эволюцию и усложнение клеток.
Генетический прорыв
Команда проанализировала более 13 000 новых микробных геномов, почти удвоив известное генетическое разнообразие архей Асгарда. В ходе масштабного секвенирования ученые обнаружили сотни новых геномов и выявили ранее неизвестные группы белков.
Особое внимание уделили группе Heimdallarchaeia – археям, наиболее близким к эукариотам. С помощью системы искусственного интеллекта AlphaFold2 исследователи предсказали структуру их белков и обнаружили сходство с белками, отвечающими за кислородный метаболизм у современных эукариот.
Это структурное сходство усиливает гипотезу о том, что предки сложной жизни уже были способны использовать кислород задолго до формирования митохондрий.
И что теперь с этим делать?
Новые данные помогают разрешить давнюю эволюционную загадку: если оба партнера симбиоза могли существовать в кислородной среде, их “встреча” становится гораздо более вероятной. Таким образом, кислород, который когда-то считался токсичным для древних организмов, мог стать ключевым фактором, запустившим развитие сложной жизни на Земле.
