Очередной прорыв позволяет нам получить представление о ранних формах сложной жизни на планете Земля

Первые два миллиона лет жизнь на планете Земля состояла из представителей двух микробных царств — бактерии и археи. Внутри эти царств существовало богатейшее разнообразие видов, однако в конечном счете по современным меркам жизнь на Земле была не слишком впечатляющей.

Затем, если верить науке, какая-то нестандартная архея поглотила обычную бактерию, в результате чего возник совершенно новый вид клеток, который впоследствии послужил основой для всей сложной жизни на планете Земля, от растений до человека.

Сегодня ученые впервые сумели вырастить археи, которые, по их мнению, схожи с предком первых сложных клеток, называемых эукариотами и содержащих ядро. Работу этой группы ученых уже назвали «монументальным» прорывом, который проливает свет на эту ступень эволюции.

Ник Лейн (Nick Lane), профессор эволюционной биохимии в Университетском колледже Лондона, назвал эту работу «великолепной», а двое других экспертов в этой области отметили, что оно представляет собой «огромный прорыв в микробиологии».

Как и бактерии, археи продолжают жить на Земле и сегодня. Однако, несмотря на ту ключевую роль, которую они, как полагают ученые, сыграли в возникновении сложной жизни, им было посвящено относительно немного исследований. Многие виды можно обнаружить только в неблагоприятных местах обитания, и их крайне сложно выращивать в условиях лаборатории.

Команда японских ученых посвятила 12 лет проведению этого исследования, и им пришлось столкнуться с множеством трудностей.

Их научная одиссея началась в 2006 году, когда они взяли образцы глубоководного ила: тогда при помощи подводного аппарата им удалось взять образцы на глубине в 2,5 километра у берегов Японии. Эти образцы глубоководного ила были помещены в биореактор, где их постоянно подкармливали метаном на протяжении пяти лет.

«Большинство организмов, выращиваемых в условиях лаборатории, быстро размножаются, способны жить большими популяциями и расти самостоятельно, — рассказал Масару Нобу (Masaru Nobu) из Национального института прогрессивной промышленной науки и технологий (National Institute of Advanced Industrial Science and Technology) в Японии. — Тот организм, который мы изолировали, размножается в 1000 раз медленнее кишечной палочки, живет только в малочисленных группах, а его рост зависит от наличия симбиотических партнеров».

Затем Нобу и его коллеги взяли небольшие образцы из реактора и поместили их в стеклянные трубки, где те пробыли еще примерно год, прежде чем продемонстрировать очевидные признаки жизни. Ученые всячески пытались им помочь в этом, подкармливая их питательными веществами — даже давали им детское питание. Клеткам требовалось от двух до четырех недель для того, чтобы воспроизводиться путем деления, а это значило, что каждый этап исследования длился месяцами.

Пока шло это исследование, группа ученых из Нидерландов, тоже изучавшая археи, сделала случайное открытие. Они секвенировали ДНК микробов, извлеченных из образцов, которые были взяты в гидротермальном источнике у берегов Гренландии. Один геном отличался от остальных: он, несомненно, принадлежал бактерии, однако в его ДНК содержались гены, сходные с теми, которые ученые наблюдали в эукариотических клетках.

Ученые назвали их археями Asgard и выдвинули предположение, что предки этой ветви эволюции могли заполнять пробел между примитивной и сложной формами жизни на несколько миллионов лет раньше.

Когда японские ученые секвенировали их образцы, генетический анализ показал, что им удалось вырастить архею Asgard. Ранее ученые уже выяснили, что из себя представляет этот генетический код, но они не знали, как этот организм выглядел.

Исследование японских ученых показало, что археи Asgard — это маленькие простые клетки и что у них есть длинные, похожие на усики образования. Не все согласны с тем, что эти археи являются предками сложной жизни. Но сторонники этой теории полагают, что одна из таких клеток могла поглотить бактерию, после чего эта бактерия превратилась в митохондрию, которая сегодня действует как внутренний источник питания внутри сложных клеток. У бактерий и архей нет митохондрий.

Японские ученые предположили, что с помощью своих усиков архея Asgard могла зацепить находившуюся рядом бактерию и сформировать с ней симбиотические отношения. В результате нескольких эволюционных скачков эти два организма слились в один более сложный тип клетки — примитивную эукариотическую клетку.

Такой сценарий все еще остается гипотезой, которая будет активно обсуждаться в течение следующих 10 лет. В любом случае это прорыв, вероятнее всего, послужит толчком для возобновления к этим слабо изученным микробам.

«Трудно описать значимость этого исследования, — сказал Лейн. — Вы видите эти геномные последовательности и пытаетесь реконструировать то, как могла выглядеть такая клетка, однако это всего лишь гипотезы. Но наконец мы увидели, как выглядит эта клетка, и она не такая, как все ожидали».