Жизнь на Земле можно разделить на две основные категории: эукариоты (e.грамм., растения, животные, грибы, амебы) и прокариоты (е.грамм., бактерии и археи). По сравнению с относительно простыми прокариотическими клетками, эукариотические клетки имеют сложную клеточную организацию. Как развивалась такая сложная клеточная структура, десятилетиями озадачивало ученых. Преобладающая гипотеза эволюции эукариот включает слияние или симбиоз двух прокариот – архея и бактерии – почти два миллиарда лет назад в среде с низким содержанием кислорода.
Ученые предполагают, что эти микробы взаимодействовали друг с другом, чтобы выжить без кислорода, путем обмена питательными веществами. Хотя мы не знаем, что это были за питательные вещества, многие ученые думают, что водород может быть ответом.
Чтобы найти ответ на эту загадку двухмиллиардной давности, ученые изучают геномы современных прокариот и эукариот, чтобы найти гены для жизни без кислорода и метаболизма питательных веществ с водородом. Подобно окаменелостям, геномы содержат ключи к эволюционной истории их предков. В наших клетках есть специализированная фабрика под названием митохондрия – или электростанция клетки – которая помогает нам вырабатывать энергию, используя кислород, которым мы дышим, и сахар, который мы едим.
Однако некоторые митохондрии способны производить энергию без кислорода, производя газообразный водород. Поскольку предполагалось, что водород был важным питательным веществом для происхождения эукариот, ученые полагают, что производство водорода присутствовало в одном из партнеров, которым два миллиарда лет: археоне или бактерии. Однако нет никаких доказательств этого с настоящими данными.
В статье, опубликованной в Science Advances, группа международных исследователей обнаружила неожиданный источник этих генов на дне океана от Anoxychlamydiales, недавно обнаруженной группы Chlamydiae.
Anoxychlamydiales живут без кислорода и имеют гены, вырабатывающие водород – признак, который никогда ранее не выявлялся у Chlamydiae. Исследователи были удивлены, обнаружив, что хламидийные гены производства водорода очень похожи на гены, обнаруженные у эукариот. Это убедительно свидетельствует о том, что древние хламидии внесли вклад в эти гены во время эволюции эукариот.
«В нашем исследовании мы нашли первые доказательства того, как эукариоты получили гены для производства водорода, и это было из совершенно неожиданного источника!"- говорит со-ведущий автор Кортни Стэйрс, научный сотрудник Упсальского университета в Швеции. Со-ведущий автор Дженна Дхарамши, аспирантка из Упсальского университета, добавляет: «Мы обнаружили новые доказательства того, что геном эукариот имеет мозаичную эволюционную историю и произошел не только от архей и митохондрий, но и от хламидий."
«Понимание того, откуда произошел водородный метаболизм у эукариот, важно для понимания того, как эволюционировали наши предки возрастом два миллиарда лет», – говорит старший автор Тийс Эттема, профессор Университета Вагенингена и исследований в Нидерландах и координатор международной группы ученых. исследователи. «В течение многих лет я думал, что, если мы когда-нибудь узнаем, откуда эукариотический водородный метаболизм, у нас будет более ясная картина того, как эволюционировали эукариоты, однако обнаружение того, что эти гены могли происходить от хламидий, вызвало еще больше вопросов», – сказал он.
Кортни Лестница добавляет.
Как эукариоты заполучили эти гены?
«Мы знаем, что микроорганизмы обычно обмениваются генами друг с другом в процессе, называемом« перенос генов ». Мы можем найти эти события переноса, построив родословные каждого гена и найдя закономерности в их эволюции », – объясняет Кортни Стэйрс. Сегодня ближайшими родственниками архея, участвовавшими в первоначальном симбиозе, являются археи Асгарда.
Эти археи также встречаются на дне океана, где обитают аноксихламидиальные. «Археи Asgard и Anoxychlamydiales обитают под дном океана, где нет кислорода, – объясняет Тиджс Эттема, – их совместное проживание могло позволить генам передаваться между предками этих микробов."
Обнаружение хламидий, которые могут жить без кислорода, само по себе имеет важные последствия.
Эти бактерии обычно известны как патогены людей и других животных, хотя они также могут инфицировать одноклеточные эукариоты, такие как амебы. Все известные на сегодняшний день хламидии живут внутри эукариотических клеток.
«Обнаружение хламидий, которые могли бы жить без кислорода, производить водород и жить вне эукариот, бросает вызов нашим прежним представлениям, – говорит Дженна Дхарамши, – наши результаты показывают, что хламидии могут быть важными членами экосистемы на дне океана и что, возможно, все хламидии не так уж и плохи в конце концов."