Гены от хламидий позволили сложной жизни жить без кислорода
Международная команда исследователей обнаружила новую группу хламидий — Anoxychlamydiales — живущих под океанским дном без кислорода. У этих хламидий есть гены, позволяющие им выживать в бескислородной среде и производить газообразный водород. Учёные выяснили, что наши одноклеточные предки «поймали» эти гены, производящие водород, от древних хламидий до двух миллиардов лет назад — событие, критически важное для эволюции всей сложной жизни на Земле. Результаты опубликованы в Science Advances.
Жизнь на Земле делится на две основные категории: эукариоты (растения, животные, грибы, амёбы) и прокариоты (бактерии и археи). Эукариотические клетки имеют сложную организацию. Преобладающая гипотеза их эволюции предполагает слияние (симбиоз) двух прокариот — археи и бактерии — около двух миллиардов лет назад в среде с малым количеством кислорода. Предполагается, что эти микробы обменивались питательными веществами, чтобы выжить, и многие учёные считают, что этим веществом мог быть водород.
Чтобы разгадать эту загадку, учёные изучают геномы современных прокариот и эукариот в поисках генов для жизни без кислорода и метаболизма с участием водорода. В наших клетках есть специализированная «электростанция» — митохондрия, — которая производит энергию с использованием кислорода. Однако некоторые митохондрии могут производить энергию без кислорода, выделяя водород. Поскольку водород считается важным питательным веществом для происхождения эукариот, учёные полагали, что его производство было у одного из древних партнёров по симбиозу, но доказательств не было.
В новом исследовании команда обнаружила неожиданный источник этих генов на дне океана — у Anoxychlamydiales. Эти хламидии живут без кислорода и имеют гены для производства водорода — черта, ранее не известная для хламидий. Исследователи с удивлением обнаружили, что хламидийные гены производства водорода очень похожи на гены эукариот. Это убедительно свидетельствует о том, что древние хламидии внесли эти гены в ходе эволюции эукариот.
«В нашем исследовании мы впервые нашли доказательства того, откуда эукариоты получили гены для производства водорода, и это был совершенно неожиданный источник!» — говорит соавтор Кортни Стэрс.
«Мы нашли новые доказательства, что геном эукариот имеет мозаичную эволюционную историю и произошёл не только от архей и митохондрии, но и от хламидий», — добавляет соавтор Дженна Дхарамши.
Как эукариоты получили эти гены?
Гены могут передаваться между микроорганизмами в процессе горизонтального переноса генов. Ближайшие современные родственники той археи, которая участвовала в древнем симбиозе, — это Asgard археи. Они, как и Anoxychlamydiales, обитают на бескислородном океанском дне.
«Сосуществование Asgard архей и Anoxychlamydiales могло позволить генам передаваться между предками этих микробов», — объясняет старший автор Тейс Эттема.
Открытие хламидий, способных жить без кислорода, само по себе имеет важное значение. Эти бактерии обычно известны как патогены людей и животных, живущие внутри клеток эукариот.
«Обнаружение хламидий, которые могут жить без кислорода, производить водород и, возможно, жить вне эукариота, бросает вызов нашим прежним представлениям», — говорит Дженна Дхарамши. — «Наши данные говорят о том, что хламидии могут быть важными членами экосистемы океанского дна».