В Nature вышло исследование, пересматривающее историю происхождения эукариотов - огромных клеток, в тысячи раз крупнее бактерий, и разделенных мембранами на отсеки, в которых работают тысячи

В Nature вышло исследование, пересматривающее историю происхождения эукариотов - огромных клеток, в тысячи раз крупнее бактерий, и разделенных мембранами на отсеки, в которых работают тысячи митохондрий и других органелл. А главное, у эукариотов есть ядро с предлинной молекулой ДНК в нем, упакованной в хромосомы. Длина нашей ДНК – пара метров, тогда как у крошечных прокариотов (бактерий и архей) – пара миллиметров. У нас все сложно, потому что мы – эукариоты.

Появление эукариотов, - наверное, одно из трех важнейших событий в биологической эволюции, наряду с появлением жизни и разума. Давно известно, что это произошло благодаря симбиозу, – универсальному методу эволюции для создания нового уровня сложности, эволюционных прорывов. Один прокариот стал жить в другом, постепенно теряя самостоятельность и становясь чем-то вроде органа (например, митохондрии) в клетке, ставшей его средой обитания.

Генетики, сравнивая гены разных существ, пришли к выводу, что речь идет не об одном симбиозе, а о долгом эволюционном пути. Про это выходит немало работ с тех пор как Тони Габальдон в 2016 году предположил, что митохондрии появились довольно поздно в процессе возникновения эукариотов. Сейчас, благодаря гораздо большему объему доступных геномных данных и более мощным вычислительным инструментам, команда Габальдона смогла детально проанализировать, какие организмы оставили свой след в истории происхождения эукариотов.

Авторы объясняют, что занимаются «вычислительной молекулярной археологией», анализируя с помощью суперкомпьютеров геномные данные множества существ, охватывающие биоразнообразие в целом. Они тоже рассматривают появление эукариотов как долгую историю взаимодействия разных микроорганизмов, - но теперь в этой истории важную роль играют вирусы.

Исследование реконструирует геном последнего общего предка всех эукариотов, известного как LECA, Last Eukaryotic Common Ancestor, - не перепутайте этого Леку с Лукой (LUCA), последним общим предком всех современных живых существ. Авторы анализируют происхождение Леки, сравнивая его гены с генами десятков тысяч бактерий, архей и вирусов.

«Долго считалось, что в истории происхождения эукариотов два главных героя: архея и бактерия, давшая начало митохондрии. Но на сцене было больше действующих лиц, включая другие группы бактерий и гигантские вирусы. Мы пытались реконструировать события, происходившие миллиарды лет назад, поэтому были очень осторожны: сохранили только самые надежные сигналы, сопоставимые с теми, по которым определили предковую архею и бактерию, давшую начало митохондриям», - пишут авторы (про этих архею и бактерию у меня есть другой пост - см. комменты).

Исследователи выявили две группы генов, которые Лека в разное время получил от миксококков и планктомицетов. Гены первых связаны с метаболизмом и липидами для мембран, вторые тоже имеют отношение к мембранам: это бактерии, известные структурной сложностью, - у них есть внутренние отделы, что очень необычно для бактерий.

Предполагают, что Лека жил в среде, богатой микробными сообществами, - такой как микробные маты, где различные микроорганизмы сосуществуют слоями в различных химических условиях. Обмен генами позволял Леке со временем приобретать новые возможности, - сначала новые метаболические пути, потом мембранные системы, ядро и, наконец, митохондрии. А самым неожиданным результатом исследования стало выявление участия в этом обмене гигантских вирусов (их геномы содержат до 2,5 млн пар оснований, намного превосходя геномы других вирусов), - в частности, вируса Nucleocytoviricota.

Авторы пишут, что работа предлагает новый взгляд на ключевой эпизод в истории жизни. Хотя для нас с вами он не такой уж и новый, - мы уже не раз обсуждали роль вирусов (особенно гигантских) как ускорителей эволюции, - благодаря тому, что они переносят гены между разными ветвями эволюционного древа. Вирусы – тоже важный источник эволюционных прорывов, как и симбиозы. Мутации обычно только все портят, - а вот вирусы и симбиозы могут дать разным видам существ сразу большие куски кода, уже обкатанного эволюцией. Их роль источников крупных эволюционных прорывов похожа на роль гибридизации в видообразовании животных и растений, - и в эволюции человеческого рода.

Телеграм: t.me/ainewsline

Источник: vk.com

Комментарии: