Новые сферы знаний о происхождении жизни

Форма клетки влияет на её физические и химические свойства. Разные типы клеток развили разные формы для эффективного функционирования. Но какой формы были самые первые клетки, когда жизнь только начинала эволюционировать?

Считается, что примитивные клетки были сферическими, но экспериментальные доказательства этого оставались неуловимыми. Теперь исследователи из Университета Цукубы в сотрудничестве с Восточно-Китайским педагогическим университетом показали, что бактерии E. coli, выращенные в среде, подобной первичной, становятся сферическими.

Считается, что первичная среда на Земле состояла из везикул (компартментов) жирных кислот. Олеиновая кислота — самая распространённая в природе жирная кислота, которую может метаболизировать E. coli. Команда смоделировала первичные условия, вырастив шесть различных линий клеток в среде, где единственным доступным питательным веществом были везикулы олеиновой кислоты (OAVs), а не обычная глюкоза.

Обычная палочковидная форма E. coli обеспечивает быстрый рост и поглощение питательных веществ. Однако их форма может меняться в ответ на среду, превращаясь в нитевидную при нехватке питательных веществ. «Наша команда вырастила эти бактерии в среде OAV и обнаружила, что по мере адаптации клеток к новым условиям они начинали расти быстрее, становились сферическими, а также уменьшались в размере и соотношении площади к объёму по сравнению с исходными родительскими клетками (Ori cells)», — говорит старший автор профессор Бэй-Вэнь Ин. «Даже когда мы перемещали эти эволюционировавшие клетки (Evo cells) в среду с глюкозой, они сохраняли свою новую сферическую форму».

Шесть различных линий Evo cells эволюционировали, чтобы адаптироваться к условиям OAV, без общих мутаций. Примечательно, что наблюдались две различные стратегии: одни клетки развили мутации, напрямую воздействующие на клеточную стенку, чтобы структура клетки стала сферической, в то время как другие накопили мутации в других биологических процессах.

Три из шести линий развили различные мутации в общем гене crp. Белковый продукт crp действует как регулятор транскрипции — процесса, при котором генетическая информация в ДНК превращается в молекулу, известную как РНК. «Это означает, что регуляция транскрипции с помощью crp может иметь решающее значение для эффективного использования E. coli источников углерода», — объясняет профессор Бэй-Вэнь Ин.

Эта работа впервые показывает, как обычно палочковидные клетки переходят к сферической форме в среде, подобной первичной, что поддерживает теорию о том, что самые ранние примитивные клетки были сферическими, когда жизнь начала эволюционировать.