Исследование показывает, что две крупные группы микробов не умеют дышать

Новое научное исследование раскрыло уникальные жизненные стратегии двух основных групп микробов, обитающих под поверхностью Земли. Публикация в Frontiers in Microbiology сообщает, что эти группы, изначально считавшиеся зависимыми от симбиотических отношений с другими организмами, могут также жить независимо и использовать древний способ производства энергии.

«Эти микробы, принадлежащие к группам Patescibacteria и DPANN, — действительно особенные, захватывающие примеры ранней эволюции жизни, — сказал Рамунас Степанаускас, старший научный сотрудник Лаборатории Бигелоу и соавтор статьи. — Возможно, это остатки древних форм жизни, которые скрывались и процветали в недрах Земли миллиарды лет».

Команда под руководством Степанаускаса использовала передовые молекулярные техники и биоинформатику для анализа тысяч микробных геномов и изучения их эволюционной истории. Прочтение их генетического кода показало, что эти две группы распространённых микробов лишены способности дышать для синтеза АТФ — универсальной энергетической «валюты» жизни.

Исследователи обнаружили, что эти микробы, обитающие в различных средах земных недр, по-видимому, получают энергию только путём брожения. Многие организмы способны к брожению, включая людей, когда их мышцам не хватает кислорода во время интенсивной нагрузки, — но используют его лишь как дополнительный источник энергии.

«Наши данные указывают, что Patescibacteria и DPANN — древние формы жизни, которые, возможно, так и не научились дышать, — сказал Степанаускас. — Эти два крупных ответвления эволюционного древа жизни составляют значительную часть общего микробного разнообразия планеты — и при этом им не хватает некоторых способностей, которые обычно ожидаются у каждой формы жизни».

Учёные выяснили, что последние общие предки этих двух линий также были лишены способности дышать, как и их современные потомки. В первые два миллиарда лет существования Земли в атмосфере не было кислорода. Сегодня кислород — ключевой компонент атмосферы, но всего в нескольких сотнях метров под землёй условия не изменились, и это открытие предполагает, что некоторые подземные формы жизни — тоже.

Ранее учёные предполагали, что из-за очень простых генетических особенностей и метаболизма Patescibacteria и DPANN должны быть симбионтами и зависеть от организмов-хозяев. В новом исследовании команда не нашла доказательств, что эти группы в основном состоят из симбионтов — большинство из них, по-видимому, живут как свободные клетки и полагаются на примитивный путь брожения для получения энергии.

«Зависимость от других организмов — черта жизни, — сказал Джейкоб Бим, бывший постдок Лаборатории Бигелоу и ведущий автор исследования. — В биологии нет абсолютов, и наша работа показывает, что микробы могут варьироваться в спектре взаимозависимостей».

Учёные анализировали микробов из различных сред по всему миру, включая грязевой вулкан на дне Средиземного моря, гидротермальные источники в Тихом океане и самые глубокие золотые рудники в Южной Африке.

Помимо раскрытия внутренних процессов земных недр и эволюции жизни, эти результаты могут предоставить модельную систему того, как может выглядеть жизнь на других планетах. Условия на Марсе и других телах Солнечной системы, вероятно, напоминают земные недра, а Patescibacteria и DPANN представляют собой примеры жизни, которым, судя по всему, требуется очень мало энергии для выживания, что, как ожидают учёные, будет обязательным требованием для жизни на других планетах.