Ученые впервые сфотографировали общего "прародителя" людей и микробов
Чешские биологи получили первые детальные снимки так называемых асгардархей – необычных микробов, занимающих промежуточное положение между одноклеточными и многоклеточными живыми существами. Их "опознавательные знаки" и фотографии были представлены в электронной библиотеке biorXiv.org
"Эти микробы не только оказались ближайшими "кузенами" предков многоклеточных живых существ, но и указали на то, что родичи этих древних обитателей Земли до сих пор населяют планету. Несмотря на их растущее значение для науки, ситуация омрачалась тем, что их никто никогда не видел", — рассказывает Рохит Гай (Rohit Ghai) из Института гидробиологии АН ЧР в Ческе-Будеевице (Чехия).
"Асгардские" микроорганизмы были открыты четыре года назад экспедицией шведских биологов, изучавших биоразнообразие дна Атлантики в окрестностях так называемых "черных курильщиков", горячих геотермальных источников.
В образцах воды и грунта, извлеченных со дна у так называемого "замка Локи", группы подводных вулканов на глубине в 2,5 километра от поверхности океана, они нашли следы жизни крайне необычных архей, чей геном они восстановили по обрывкам ДНК.Он, как утверждают ученые, содержал в себе целый набор генов, которые ранее никогда не находили ни у архей, ни у бактерий. В далеком прошлом они стали основой для всех существующих сегодня многоклеточных существ, растений и простейших.
В их число вошли гены, отвечающие за транспортировку белков через ядерную и клеточную мембрану, инструкции по синтезу особых видов клеточной "энерговалюты", а также ряд других необычных для микробов функций.
Этот микроб получил имя Lokiarchaeota в честь местности, где его обнаружили, и его "двойственного" статуса. В последующие годы ученые нашли следы существования еще трех других архей из этого семейства, названных в честь других нордических богов – Одина, Хеймдалля и Тора. По этой причине биологи начали называть этих микробов асгардархеями, или Asgardarchaeota.
Их открытие вызвало массу ожесточенных споров по одной простой причине – никто никогда не видел "асгардских" микроорганизмов воочию. Это заставило многих ученых сомневаться в том, что "локи" и их родичи действительно обладают набором генов, характерных для многоклеточных живых существ.
Вдобавок, некоторые биологи почти сразу же заявили, что первые образцы ДНК этого "потерянного звена " эволюции могли быть загрязнены обрывками геномов эукариот, и что в самих "асах" нет ничего особенного. Эти заявления заставили исследователей утроить усилия по поиску и изучению полноценных живых архей этого типа.
Проблема заключалась в том, что ученые пока не знают, в каких условиях живут эти микробы и что необходимо для их выживания и размножения. Это не позволяет вырастить их в больших количествах и гарантированно получить культуры "чистых" асгардархей, где нет других одноклеточных существ.
Чешские биологи решили эту проблему, зайдя с другого угла. Они не стали выделять "асгардских" микробов из общей смеси всех глубинных микроорганизмов, а создали специальные светящиеся метки. Они присоединялись только к тем молекулам РНК в их клетках, которых нет у бактерий и прочих архей.
В силу большого разнообразия этих микробов, ученым пришлось изготовить сразу несколько подобных меток, нацеленных на распознавание конкретных штаммов локи, хеймдаллей и прочих "асов". Работу этих молекул они проверили на образцах воды и грунта, извлеченных со дна двух озер в Румынии, где недавно находили следы ДНК асгардархей.
И в том, и в другом водоеме ученые обнаружили массу подобных "потерянных звеньев" эволюции, присутствовавших как в первых 40 сантиметрах грунта, так и в воде. Первые их фотографии крайне удивили ученых – эти микробы оказались крайне непохожи на других одноклеточных обитателей Земли.
К примеру, все хеймдалли были необычно крупными и обладали схожими размерами и формой. Вдобавок, их ДНК была распределена не по всей клетке, как у прочих прокариот, а сосредоточена в центральной ее части. Как считают ученые, эти необычные черты хеймдаллей подтверждают популярную сегодня теорию о том, что именно эти светочувствительные микробы наиболее близки в эволюционном отношении к предкам людей и всех многоклеточных животных.
В противоположность этому, "локи", как и их "тезка" из мифов древних скандинавов, оказались очень разными по форме, размерам и устройству. Среди них встречались и штаммы, имевшие схожее "прото-ядро", как и хеймдалли. Как предполагают исследователи, это говорит о том, что "локи" могут занимать самые разные экологические ниши и населять все уголки Земли.
В ближайшее время ученые планируют детальнее изучить этих микробов и понять, что нужно сделать, чтобы вырастить культуру этих "потерянных звеньев" эволюции.