Более двух миллиардов лет назад, до того как атмосфера Земли обогатилась кислородом, некоторые микробы, возможно, уже использовали его силу. Новое генетическое исследование предполагает, что археи Асгарда – ближайшие микробные родственники растений и животных – обладали молекулярными инструментами, позволяющими им процветать с кислородом, что потенциально меняет наше представление о том, как возникла сложная жизнь.
Головоломка Ранней Эволюции Жизни
Десятилетиями ученые предполагали, что сложные клетки (эукариоты) образовались, когда древний микроорганизм слился с бактерией. Этот союз в конечном итоге привел к организмам, варьирующимся от деревьев до людей. Однако ключевой вопрос оставался открытым: как это слияние произошло в среде с низким содержанием кислорода? Бактерия, которая стала энергетически производящей митохондрией внутри эукариотических клеток, нуждается в кислороде для выживания. Если архея-хозяин не переносила кислород, то слияние было бы маловероятным.
Это новое исследование, опубликованное в журнале Nature 18 февраля, предполагает, что архея-хозяин, в частности археи Асгарда, могла быть более устойчивой к кислороду, чем предполагалось ранее.
Откуда Взяты Доказательства
Исследователи проанализировали огромные объемы генетических данных, собранных из океанических отложений и морской воды, в общей сложности около 15 терабайт. Они реконструировали более 13 000 микробных геномов, идентифицировав сотни, связанных с археями Асгарда. Команда брала пробы из сред с глубины 30 метров в Бохайском море до 2000 метров в Бассейне Гуаймас – обе области кишат микробной жизнью.
Ключевая находка? Археи Асгарда, близко связанные с эукариотами, были обнаружены в богатых кислородом средах, таких как прибрежные отложения и открытая вода. Эти микробы обладали метаболическими путями, которые активно использовали кислород.
Подтвержденные Механизмы Работы с Кислородом
Используя инструменты искусственного интеллекта, такие как AlphaFold2, для прогнозирования структуры белков, исследователи обнаружили, что определенные линии Асгарда, особенно Heimdallarchaeia, несут гены для аэробного дыхания – процесса, который организмы используют для извлечения энергии из пищи с использованием кислорода. Они также обнаружили ферменты, нейтрализующие токсичные побочные продукты метаболизма кислорода. Это говорит о том, что архея-предок сложных клеток не обязательно была ограничена бескислородными условиями.
«Кислород появился в окружающей среде, и Асгарды адаптировались к этому, – говорит соавтор исследования Бретт Бейкер. – Они обнаружили энергетическое преимущество в использовании кислорода, а затем эволюционировали в эукариоты».
Почему Это Важно
Это открытие – не просто переписывание учебников. Оно восполняет давний пробел в понимании происхождения сложной жизни. Если архея-хозяин могла справляться с кислородом, то слияние с кислородозависимой бактерией становится более правдоподобным. Это подразумевает, что ранняя жизнь не обязательно была ограничена отсутствием кислорода; она адаптировалась к его присутствию, прокладывая путь к эволюции более сложных организмов.
Исследование также подчеркивает важность глубоких геномных исследований для раскрытия скрытых эволюционных историй. Археи Асгарда, названные в честь дома норвежских богов, были впервые идентифицированы в 2015 году. Эти открытия подчеркивают, как много нам еще предстоит узнать о микробном мире и его роли в формировании жизни на Земле.
