5 минут чтения
Исследователи задаются вопросом, как асгарды вообще могли пересечься с другими микробами, которым для выживания необходим кислород, чтобы создать эукариоты, если они существовали в столь разных средах.
Однако новое исследование геномов Asgard выявило ранее неизвестные линии этих микроорганизмов в мелководных прибрежных отложениях, некоторые из которых, по-видимому, устойчивы к кислороду и используют его, согласно исследованию, опубликованному 18 февраля в журнале Nature.
«Тот факт, что некоторые из асгардов, которые являются нашими предками, смогли использовать кислород, очень хорошо согласуется с этим», — заявил в своем сообщении соавтор исследования Бретт Бейкер, доцент кафедры морских наук и интегративной биологии Техасского университета в Остине. «Кислород появился в окружающей среде, и асгарды адаптировались к этому. Они обнаружили энергетическое преимущество в использовании кислорода, а затем эволюционировали в эукариоты».
Понимание роли асгардов в развитии сложной жизни может помочь разгадать более сложную загадку того, как именно микробы эволюционировали в эукариоты — и почему мы все здесь, сказал Бейкер.
Микроб с мифологическими корнями
Асгардские археи, названные в честь небесной обители скандинавских богов, таких как Один и Тор, представляют собой надтип, или группу организмов, произошедших от общего предка.
Единственный тип в этой группе был впервые обнаружен в 2015 году недалеко от подводного вулкана в Северной Атлантике, известного как Замок Локи, из-за его сходства с рогатым шлемом персонажа комиксов Marvel, который также является богом в скандинавской мифологии. Микроорганизм получил название Lokiarchaeota.
Другие типы микробов Асгарда также были названы в честь богов из скандинавской мифологии.
По сравнению с микробами из других надтипов, асгарды, по-видимому, тесно связаны с эукариотами и содержат гены, встречающиеся только у сложных форм жизни.
«Их называли своего рода недостающим звеном в эволюции жизни, от одноклеточных микроорганизмов до сложных форм жизни, таких как растения и животные», — сказал Бейкер в интервью CNN.
Статья по теме
Аспирантка Линда Лосурдо в своей лаборатории в Сиднейском университете.
5 минут чтения
Изучая образцы из самых разных сред обитания, исследователи все чаще обнаруживают новые виды асгардских микробов, таких как Heimdallarchaeia, названные в честь хранителя Асгарда.
В 2023 году Бейкер и его коллеги обнаружили, что эукариоты, по-видимому, наиболее тесно связаны с группой микробов Хеймдалла из Асгарда, которые обладают высокоэнергетическими метаболическими путями. Эти результаты подтвердили идею о том, что животные и другие формы жизни должны получать большую часть энергии из кислорода, и укрепили теорию о том, что повышение уровня кислорода на Земле коррелирует с появлением сложной жизни, сказал Бейкер.
Следующим шагом было понять, какие процессы генерации энергии могут происходить в различных типах микроорганизмов Asgard в зависимости от их генов.
Для исследования этого вопроса Бейкер и его коллеги провели крупномасштабное секвенирование ДНК образцов, собранных в глубоководных гидротермальных источниках, а также в мелководных прибрежных районах. Команда смогла собрать сотни ранее неизвестных геномов и построить древо жизни для микробов Asgard, сравнивая генетические сходства и различия между микробами внутри надтипа.
Микроорганизмы рода Asgard были обнаружены в образцах ила, взятых из бассейна Гуаймас в Калифорнийском заливе. Бретт Бейкер/Национальный научный фонд
В ходе построения генеалогического древа семейства Асгард были обнаружены ранее неизвестные группы белков в микробах, что позволило Бейкеру и его коллегам сравнить эти белки с белками, используемыми эукариотами для выработки энергии и метаболизма кислорода. Модель искусственного интеллекта помогла команде определить, как белки могут сворачиваться в различные структуры, что коррелирует с их функциями.
Некоторые белки, вырабатываемые микробами Хеймдалла, похожи на эукариотические белки, которые перерабатывают кислород для эффективного производства энергии, что позволяет предположить, что по крайней мере некоторые древние асгарды могли быть кислородоустойчивыми.
Раскрытие тайны древнего предка
Первоначально ученые считали, что древним микробным предком сложной жизни была простая клетка, обитавшая в бескислородной среде.
Они предположили, что эта клетка адаптировалась к использованию кислорода после соединения с бактерией, что в конечном итоге привело к появлению митохондрий в наших клетках.
«Эукариоты почти всегда используют митохондрии для сжигания углеводородов в кислороде, чтобы совершать все те удивительные вещи, которые делаем мы», — написал в электронном письме Базз Баум, клеточный биолог и руководитель группы в лаборатории молекулярной биологии Медицинского исследовательского совета в Кембридже, Англия. Баум не принимал участия в новом исследовании.
Однако новые данные свидетельствуют о том, что асгарды, возможно, уже адаптировались к переработке кислорода до слияния с бактериями. Согласно исследованию, эта устойчивость позволила бы асгардам находиться в насыщенной кислородом среде и, возможно, способствовала бы их слиянию с бактериями.
Исследовательский подводный аппарат «Алвин» использовался для поиска микроорганизмов Asgard в глубоководных районах океана. Бретт Бейкер/Национальный научный фонд
«Переход к сложной жизни не потребовал создания кислородного метаболизма с нуля — необходимые строительные блоки уже существовали», — написал в электронном письме Бурак Авчи, доцент кафедры микробиологии Аархусского университета в Дании. Авчи не принимал участия в новом исследовании.
«Однако важно понимать, что мы изучаем современных представителей древнего события, произошедшего миллиарды лет назад, — сказал он. — Существует значительный эволюционный временной разрыв, и фактические события этого периода могли включать в себя различные метаболические стратегии при формировании первой эукариотической клетки».
Авторы исследования также отметили, что для биологического подтверждения генетических предсказаний, представленных в исследовании, необходимы дополнительные доказательства, особенно при попытке определить точные возможности древних асгардов, живших почти 2 миллиарда лет назад.
Баум отметил, что современные асгарды, вероятно, изменились и адаптировались к использованию кислорода.
Исследование дополняет растущее количество доказательств того, что эукариотические клетки возникли в богатых кислородом прибрежных средах, заявил Даниэль Брэди Миллс, научный сотрудник Института молекулярной эволюции Дюссельдорфского университета в Германии. Миллс, не принимавший участия в исследовании, выразил надежду, что оно вдохновит других исследователей на культивирование собственных образцов в лабораторных условиях для проверки способности микроорганизмов Asgard использовать кислород.
Бейкер надеется, что в течение следующих пяти-десяти лет ученые достигнут важного рубежа: смогут наблюдать за эволюцией выращенных в лаборатории микроорганизмов Asgard, превращающихся в эукариотические клетки, — процессом, известным как эукариогенез.
Статья по теме
Впервые в межзвездном пространстве обнаружена молекула, состоящая из 13 атомов и содержащая серу, что позволяет получить представление о происхождении химии жизни.
5 минут чтения
«Нет оснований полагать, что это произошло лишь однажды 2 миллиарда лет назад», — сказал Бейкер.
В будущих исследованиях следует также измерить количество кислорода в средах обитания Asgards и выявить микроорганизмы из этого суперфилума, способные расти даже при небольшом количестве кислорода, сказал Баум.
Асгарды — ближайшие ныне живущие родственники человечества, относящиеся к древнему периоду, а это значит, что они хранят ключи к нашему происхождению, — сказал Баум, — поэтому крайне важно определить, когда они начали использовать кислород.
«Если вы посмотрите вокруг, то увидите, что на нашей планете преобладают эукариоты, — сказал Бейкер. — Понимание того, как они образовались, — это огромный шаг в эволюции жизни на Земле. Тот факт, что мы обнаружили кислород у наших ближайших предков, у асгардов, очень хорошо вписывается в эту загадку».
Подпишитесь на научную рассылку CNN Wonder Theory. Исследуйте Вселенную, узнавая новости об увлекательных открытиях, научных достижениях и многом другом.
Генетика Посмотреть все темы Facebook Твитнуть Email Ссылка Темы Ссылка скопирована! Подписаться
