Древние микробы раскрыли тайну появления клеток, из которых мы состоим
Строматолиты — это в буквальном смысле «живые ископаемые»: многослойные сообщества микробов, которые миллиарды лет назад насытили атмосферу Земли кислородом.
Новое исследование, опубликованное в Current Biology, доказывает: эти структуры могут быть не только колыбелью жизни, но и ключом к разгадке появления ее сложных форм.
Прямое доказательство союза
Согласно доминирующей теории, первая сложная клетка (эукариот) появилась, когда древняя архея и бактерия объединились, причем одна поглотила другую, превратив ее в митохондрию — «энергетическую станцию» клетки. Однако ученым не хватало визуальных доказательств того, как именно эти микроорганизмы могли взаимодействовать.
Ученые из Университета Нового Южного Уэльса (Австралия) смогла выделить из живых строматолитов залива Шарк-Бей архей Асгарда. Считается, что именно эта группа микробов является ближайшим родственником предков всех растений и животных.
Затем авторы вырастили в лаборатории стабильный консорциум, состоящий из архей и бактерий, полученных из образцов строматолитов залива Шарк-Бей.
Рукопожатие, с которого мы начались
Используя криоэлектронную томографию — метод 3D-визуализации сверхвысокого разрешения, — ученые впервые увидели «рукопожатие» двух микромиров.
Архея и бактерия были физически соединены тонкими трубчатыми структурами (нанотрубками). Более того, архея выпускала цепочки пузырьков-везикул, буквально оплетая своего партнера.
Прорыв дался нелегко: на то, чтобы культивировать эти микробы в лаборатории, ушло около пяти лет. Археи Асгарда оказались крайне капризны и не растут в изоляции.
«Тот факт, что мы не смогли получить чистую культуру, вероятно, объясняется тем, что они зависят от других организмов», — поясняет руководитель исследования доктор Брендан Бернс.
Микробы обмениваются витаминами, питательными веществами и водородом. В суровых условиях микробных матов такое сотрудничество — единственный способ выжить.
Древние навыки архей
С помощью алгоритмов глубокого обучения ученые также реконструировали белки этих существ, обнаружив в них древние версии «клеточных машин», которые позже стали основой сложной жизни. В геноме архей были обнаружены гены, кодирующие так называемые ESP (Eukaryotic Signature Proteins) — белки, которые раньше считались уникальной особенностью только сложных клеток (эукариот). Эти белки являются компонентами сложных «клеточных машин», которые у нас выполняют критически важные функции: создают цитоскелет, внутриклеточный транспорт (системы, отвечающие за перемещение «грузов» внутри клетки в специальных пузырьках (везикулах)) и ведут сортировку белков (направляют молекулы в нужные отделы клетки). Раньше считалось, что эти сложные механизмы появились «внезапно» вместе с первыми эукариотами. Однако находка показывает, что эти «машины» уже существовали у простых микробов в примитивном, «древнем» виде.
Новый вид получил имя Nerearchaeum marumarumayae. Название сочетает в себе имя греческого морского бога Нерея и слово из языка малгана — коренного народа залива Шарк-Бей — означающее «древний дом».
Открытие напоминает: наша история началась на дне древнего моря, в крошечных союзах микроорганизмов, чей девиз «выживание через сотрудничество» остается актуальным и спустя миллиарды лет.