Современные научные представления о происхождении эукариотических клеток могут быть излишне упрощенными. Международная исследовательская группа пришла к выводу, что предки всех живых существ — от грибов и растений до животных — появились не в результате единичного симбиоза археи и бактерии, как считалось ранее, а в ходе затяжного процесса многократного генетического обмена между разнообразными микроорганизмами.
Научная статья с результатами этого исследования опубликована в журнале Nature.
Согласно классической гипотезе, около двух миллиардов лет назад архея поглотила альфапротеобактерию, которая впоследствии трансформировалась в митохондрию — «энергетическую станцию» клетки. Это событие долгое время считалось отправной точкой для возникновения эукариот.
Однако новые данные указывают на гораздо более запутанную предысторию.
Ученые восстановили генетический профиль последнего общего предка всех эукариот (LECA). Чтобы исключить предвзятость, вызванную избытком данных по уже хорошо изученным организмам, они проанализировали геномы представителей широкого спектра эукариотических ветвей. Для обеспечения достоверности выводов исследователи отобрали наиболее репрезентативные группы генов и провели многократную проверку данных.
Реконструкция показала, что общий предок эукариот был уже весьма высокоорганизованным существом. Он обитал в кислородсодержащей среде, промышлял хищничеством или потреблением органики и обладал рядом фундаментальных характеристик современной клетки.
В его распоряжении имелись внутриклеточные транспортные каналы, механизмы для утилизации белков, системы метаболизма, а также инструменты для репликации ДНК и синтеза РНК. Таким образом, базовые атрибуты современной клетки оформились задолго до того, как эукариоты разделились на основные домены жизни.
Примерно треть выявленных генных семейств оказались специфически эукариотическими, не имеющими прямых аналогов у прокариот. Остальные же позволили детально реконструировать «генеалогическое древо» компонентов эукариотического генома.
Подтвердилось значительное влияние архей группы Asgard, которые считаются ближайшими родственниками эукариот, а также вклад альфапротеобактерий. Однако не менее важным оказалось генетическое наследие бактериальных групп Planctomycetota и Myxococcota.
Неожиданным открытием стало обнаружение масштабного генетического вклада гигантских вирусов, влияние которых оказалось даже более существенным, чем участие многих отдельных бактериальных линий.
Анализ хронологии событий показал, что фундамент заложили археи. Затем последовала мощная волна горизонтального переноса генов от бактерий — еще до возникновения митохондрий. После формирования симбиоза с митохондрией произошел еще один интенсивный обмен генетическим материалом с другими бактериальными группами.
Авторы исследования полагают, что эти процессы протекали внутри густых микробных консорциумов. В таких сообществах различные организмы сосуществуют бок о бок, постоянно обмениваясь питательными веществами и генетической информацией.
Ученые не исключают, что в истории формирования эукариот были и другие случаи эндосимбиоза, которые не сохранились в явном виде, оставив лишь фрагментарные генные «следы» в наследственном аппарате будущих сложных клеток.
Исследователи подчеркивают: ключевая роль митохондриального происхождения не оспаривается. Но вместо одномоментного акта эволюция предлагает нам картину растянутого во времени, многоступенчатого созидания, в котором участвовало огромное разнообразие форм жизни. Именно этот сценарий постепенной интеграции и сложного межвидового взаимодействия выглядит наиболее достоверным объяснением одного из важнейших переломов в истории жизни на планете.
Источник: iXBT
