Будь ты водоросль, волнушка, водяника, вобла или Володя, всех нас объединяет одно: мы – эукариоты. Все мы (животные, грибы, растения, протисты) обладаем клеточным ядром, что отличает нас от прокариот (бактерий и архей). Кроме того, в цитоплазме наших клеток есть система мембранных полостей и пузырьков, ниточки и трубочки цитоскелета, а еще – митохондрии, которые снабжают клетку энергией.
Согласно симбиогенетической теории, митохондрии являются потомками бактерий, которых в древности проглотила архея, но не переварила, а «одомашнила». Они до сих пор сохраняют свои собственные крошечные геномы и внешне похожи на бактерий. Чаще всего ближайшими родственниками митохондрий называют пурпурных альфа-протеобактерий из группы Rickettsiales, хотя в прошлом году было высказано сомнение: мол, скорее митохондрии происходят от более древней линии протеобактерий, отщепившейся до того, как появился предок современных альф. А несколько лет назад мы узнали, кто является нашими родственниками со стороны архей.
Научной группе из Швеции и Норвегии удалось собрать неполные геномы трех архей из пробы грунта, поднятой с глубины 3283 метра в Северном Ледовитом океане, недалеко от гидротермальной зоны «Замок Локи» на склоне срединно-океанического хребта. В научной статье 2015 года этих микробов нарекли локиархеями. Они оказались близкими к эукариотам, как никто другой из архей. Даже ближе к эукариотам, чем ко всем другим известным археям. Некоторые из их генов кодируют белки, считавшиеся уникальными для эукариот, в том числе связанные с регуляцией пузырькового транспорта и фагоцитоза (захвата объектов из внешней среды), а также белки «локиактины», весьма похожие на актины, из которых строятся цитоскелетные нити в эукариотных клетках.
После этого знаменательного открытия ученые стали целенаправленно искать близких родственников локиархей – и нашли. В 2016 году американские специалисты представили миру торархей, чьи геномы были реконструированы по кусочкам ДНК из донных осадков эстуария реки Уайт-Оук на восточном побережье США. А в начале 2017 года международная научная группа, включившая первооткрывателей локи- и торархей, объявила об обнаружении одинархей в горячих источниках Йеллоустоуна и Новой Зеландии, о переименовании двух наиболее близких к эукариотам локиархей в хеймдалльархей с включением в них образца из залива Орхус в Дании, ну и о логичном объединении всей этой плеяды богоназванных архей в группу Асгард – в честь одноименного небесного города из скандинавской мифологии.
Общий предок всех эукариот был одной из таких асгардархей – возможно, хеймдалльархеей или кем-то из ранних представителей группы. Он мог обладать уже весьма продвинутой анатомией – гибкой наружной мембраной, допускающей фагоцитоз, мембранными структурами внутри клетки, может быть, даже подобием ядра. Такие черты наряду с некоторыми физиологическими сходствами с эукариотами прогнозируются для асгардархей на основании анализа их генов и белковых последовательностей. Прежде чем приобрести бактериального симбионта, древние археи из Асгарда, похоже, уже двигались по магистральному пути эукариотизации.
Интриги добавляет тот факт, что самих микробов никто из открывших их ученых не видел воочию. Их гены были выявлены сами по себе – методами метагеномики: секвенируется ДНК сразу всех организмов в образце, затем гены и геномы собираются по фрагментам. В связи с этим подтвердить или опровергнуть прогнозы относительно морфологии и физиологии асгардархей пока не представляется возможным. Вырастить их в лаборатории очень сложно – они экстремофилы по натуре, обитают в условиях низкого содержания кислорода, метаболизм их крайне медленный, и некоторые из них, как предсказывают расчеты, делятся раз в десять лет! Мало кто из ученых вообще решается их культивировать.
Меж тем независимая группа специалистов из Чехии и Румынии утверждает, что им удалось-таки увидеть хеймдалль- и локиархей в образцах донных осадков румынских озер с помощью флуоресцентных меток, подсвечивающих известные последовательности ДНК этих микробов. Локиархеи продемонстрировали разнообразие размеров и форм: яички, палочки, прутики, ниточки – многоликий хитрец Локи одобряет. Хеймдалльархеи же оказались единообразными, но чрезвычайно приятными на вид кругляшами, в центре которых даже можно разглядеть скопление ДНК – весьма необычная черта для прокариот!
Итак, сегодня нам известно, что ветвь эукариот скромно растет из пышной кроны архейного древа и, по сути, является специализированной разновидностью асгардархей, которые в один прекрасный и судьбоносный момент обзавелись протеобактериальными симбионтами – митохондриями. После вступления в этот замечательный союз предки эукариот смогли расширять геном, увеличиваться в размерах, нарабатывать инновации, одомашнивать других микробов, эволюционировать в доселе немыслимых направлениях. Подробнее об аспектах эндосимбиогенеза – в нашем новом лонгриде (там же все ссылки на приведенные выше исследования)!
