Происхождение сложных клеток началось без кислорода
Новое исследование предполагает, что происхождение сложных клеток началось без кислорода.
С 1960-х годов многие эксперты утверждали, что появление эукариот (клеток с четко определенным ядром) произошло в ответ на оксигенацию поверхностной среды Земли.
Однако команда под руководством университетов Стэнфорда и Эксетера заявляет, что недавние достижения в науках о Земле и жизни ставят эту точку зрения под сомнение.
Их обзор утверждает, что эти прорывы «разделяют» появление эукариот (эукариогенез) и рост уровня кислорода, и предполагают, что эукариоты на самом деле возникли в аноксической (бескислородной) среде в океане.
«Теперь мы можем независимо датировать эукариогенез и ключевые переходы оксигенации в истории Земли», — сказал доктор Дэниел Миллс из Стэнфордского университета.
«Основываясь на ископаемых и биологических данных, время эукариогенеза не коррелирует с этими кислородными переходами в атмосфере (2,22 миллиарда лет назад) или в глубоком океане (0,5 миллиарда лет назад).
Вместо этого, эукариоты, несущие митохондрии, последовательно датируются периодом между этими двумя событиями оксигенации, во время интервала аноксии глубокого моря и переменной оксигенации поверхностных вод».
Появление митохондрий — энергопроизводящих «электростанций» эукариотических клеток — теперь считается определяющим шагом в эукариогенезе.
Митохондрии имеют ДНК, отличную от ДНК клеток, в которых они живут, и новая статья рассматривает возможное происхождение этих симбиотических отношений, известных благодаря биологу Линн Маргулис.
«Открытие в 2015 году архей "Асгард" (одноклеточных организмов) дает важную подсказку», — говорит доктор Миллс.
«Эукариоты с митохондриями, вероятно, возникли в результате слияния архей и бактерий, и ДНК у современных архей Асгарда более тесно связана с ДНК, обнаруженной в ядрах эукариот сегодня, чем с ДНК других архей.
Это дополнительное доказательство того, что хозяином, принявшим бактерию, был архей».
Археи Асгарда живут в аноксических морских отложениях и могут жить симбиотически с бактериями — возможно, в такой же ситуации, которая привела к «метаболическому сопряжению», создавшему первые эукариотические клетки.
Профессор Тим Лентон, директор Глобального института систем Эксетера, заявил, что новые данные подтверждают «водородную гипотезу» (что митохондрии были приобретены в аноксических условиях), впервые выдвинутую в 1998 году Биллом Мартином и Миклошем Мюллером.
«Идея о том, что кислород привел к эукариогенезу, воспринималась как данность, — сказал он. — На самом деле, аэробное дыхание митохондрий, вероятно, появилось позже, став широко распространенным в глобальном масштабе только в последний миллиард лет, когда атмосферный кислород приблизился к современным уровням».
Доктор Миллс отметил, что обзор призван «преодолеть разрыв» между биологией и геологией, поскольку «связи, ожидающие установления», появились после прорывов в обеих дисциплинах.
Статья опубликована в журнале Nature Ecology & Evolution.