Эволюция: Открытие ключевой связи
Новое исследование экологии загадочной группы одноклеточных организмов, проведенное учеными из Мюнхенского университета имени Людвига и Максимилиана (LMU), подтверждает идею о важной роли водорода в эволюции эукариот — первых клеток с ядром.
Одно из важнейших событий в истории биологической эволюции произошло около 2 миллиардов лет назад с появлением первых эукариот. Их происхождение остается неясным. Несколько лет назад анализ ДНК из морских отложений гидротермального источника «Замок Локи» в Северном Ледовитом океане выявил ранее неизвестную группу микроорганизмов — Lokiarchaeota.
Геномы Lokiarchaeota указали на наличие у них структурных и биохимических черт, характерных для эукариот. Это позволяет предположить, что они могут быть родственны последнему общему предку эукариот.
Профессор Уильям Орси из LMU совместно с коллегами впервые напрямую изучил активность и метаболизм Lokiarchaeota. Результаты, опубликованные в журнале Nature Microbiology, подтверждают связь между Lokiarchaeota и эукариотами и проливают свет на среду, в которой могли возникнуть первые эукариоты.
Согласно наиболее вероятному сценарию, эукариоты возникли из симбиоза, где хозяином была архейная клетка, а симбионтом — бактерия. Эта бактерия впоследствии дала начало митохондриям. «Водородная гипотеза» предполагает, что архейный хозяин зависел от водорода в метаболизме, а бактерия-предшественник митохондрий его производила. Разделение от источника водорода могло усилить взаимозависимость и привести к эндосимбиозу.
«Если Lokiarchaeota, как потомки этого гипотетического пра-архея, также зависят от водорода, это поддержит водородную гипотезу», — говорит Орси.
Команда Орси охарактеризовала метаболизм Lokiarchaeota из бескислородных осадков у побережья Намибии, проанализировав РНК в образцах. Анализ показал, что Lokiarchaeota превосходят бактерии по численности в 100–1000 раз, что указывает на благоприятную для них среду.
Используя культуры обогащения и стабильные изотопы углерода, ученые подтвердили, что Lokiarchaeota используют сложную сеть метаболических путей и, что ключевое, используют водород для фиксации CO2. Это повышает эффективность метаболизма в бедных энергией бескислородных условиях.
«Наши экспериментальные данные впервые подтверждают водородную гипотезу для первой эукариотической клетки, — заключает Орси. — Следовательно, самые ранние эукариоты могли возникнуть в бескислородных и богатых водородом морских осадках, подобных тем, где современные Lokiarchaeota особенно активны сегодня».