Древних микробов-«асгардцев» впервые вывели в пробирке: гость из прошлого
Когда ученые провели анализ ДНК биоматериалов, взятых со дна Северного Ледовитого океана в далеком 2010 году, они обнаружили нечто удивительного. У ранее неизвестного организма, принадлежащего к археям – домену необычных микроорганизмов – были обнаружены признаки, связывающие его с совершенно другим доменом, эукариотами.
Исследователи назвали свою находку Lokiarchaeota, в честь гидротермального вентиля Loki's Castle (англ. «Замок Локи») недалеко от Гренландии, где он и был найден. Почти десять лет они ломали голову над тем, в самом ли деле им удалось открыть нечто уникальное, или это была всего лишь биологическая «грязь», искажавшая общую картину. Однако теперь все сомнения позади: впервые в истории ученым удалось вырастить Lokiarchaeota в лабораторных условиях.
На практике это означает, что теперь у микробиологов появился уникальный шанс провести множество необходимых экспериментов, которые помогут нам заглянуть далеко в прошлое и отыскать самых первых живых существ, населявших молодую Землю. Результаты исследования опубликованы в журнале Nature.
Древо жизни разделено на три главные ветви. Одна из них занята бактериями — одноклеточными микробами, которые не имеют ядра и мембраносвязанных органелл. Они перемещаются благодаря волнообразным структурам, называемым жгутиками. Другая ветвь — это эукариоты, организмы, клетки которых содержат ядра и мембраны. К ним относятся люди, животные, растения и водоросли.
А еще есть археи. Они очень похожи на бактерии в том смысле, что им не хватает ядер и мембраносвязанных органелл, и они также используют жгутики. Но при этом существуют несколько ключевых отличий. Археи делятся совсем по другому принципу. Их клеточные стенки сделаны из другого материала. Их РНК достаточно сильно отличается от РНК бактерий. Все эти признаки позволяют выделить архей в самостоятельную ветвь.
Однако Lokiarchaeota ломает эту систему, представляя собой гибрид архей и эукариотов. И она не одинока: исследователи также открыли сородичей этого удивительного микроба, также названных в честь богов скандинавского пантеона: Thorarchaeota, Odinarchaeota и Heimdallarchaeota. Вместе их называют «археями-асгардцами». Существует предположение, что они и могут быть источниками всей эукариотической жизни на Земле. Ученые полагают, что она родилась, когда «асгардец» поглотил бактерию, образовав тем самым новый тип микроорганизмов.
Обычные бактерии, помещенные в питательную среду, удваивают свою численность всего за полчаса. У Lokiarchaeota на это ушло целых 20 дней. Ни изменение субстрата, ни ряд других побочных мер так и не смогли ускорить процесс. Результат своей кропотливой работы, которая заняла 12 лет, ученые назвали Prometheoarchaeum syntrophicum в честь знаменитого титана Прометея.
Любопытно, что «Прометей» будет размножаться только в присутствии одного или двух других микроорганизмов: архея Methanogenium и бактерии Halodesulfovibrio. Когда Prometheoarchaeum расщепляет аминокислоты в пищу, он производит водород, который другие микробы с радостью поглощают. Если этого не происходит, то избыток водорода в среде замедляет и без того не самый быстрый рост. Это делает бактерии настоящими симбионтами, причем тип симбиоза в данном случае синтрофный: рост и размножение одного вида зависит от того, что ест другой.
Кроме того, у архея-из-пробирки обнаружились длинные щупальца, внутри которых микробы-симбионты и нашли себе убежище. Ученые предположили, что когда концентрация кислорода на Земле начала увеличиваться, этот организм вступил в симбиоз с бактериями, активно использующими кислород – тем самым шансы на выживание обоих резко возрасли.