Клетки с ядрами имеют определенное сходство с простыми архейскими клетками, что может помочь прояснить их нечеткое эволюционное прошлое.
Ученые, возможно, обнаружили недостающее звено между простыми и сложными клетками, из которых состоят все животные, растения и грибы.
Ученые считают, что одноклеточные организмы, называемые археями, находятся между примитивными бактериями, у которых нет ядра, и более сложными клетками, или эукариотами, на эволюционной шкале. Как и их бактериальные родственники, археи не имеют ядра, но микробы содержат ДНК и ДНК-реплицирующие ферменты, которые очень похожи на те, что у эукариот.
Некоторые ученые предполагают, что эукариоты эволюционировали около 2 миллиардов лет назад из этих промежуточных организмов, когда древняя архея схватила проходящий мимо микроорганизм, засосала его в свое клеточное брюхо и превратила в импровизированное ядро. Другие предполагают, что предковые археи посылали блуждающие "пузырьки", построенные из собственной клеточной стенки, которые цеплялись и затем интегрировались в одноклеточные организмы, функционировавшие как современные органеллы, или органоподобные структуры внутри клеток, выполняющие специализированные функции.
В эукариотах некоторые белки несут короткие последовательности, известные как сигналы ядерной локализации или NLSs, чтобы войти в ядро. Протеины транспортера скрепляют с NLSs и после этого сопровождают другую молекулу через поры в ядерной мембране. По сути, NLSs действуют как значок сотовой безопасности.
Хотя археи не имеют ядер, некоторые из их белков несут NLS-подобные значки в любом случае, согласно исследованию, опубликованному в сентябре. 10 в журнале Молекулярная биология и эволюция. Авторы предполагают, что Нлсс предшествовали возникновению ядра и, возможно, служили эволюционным трамплином, который позволил археям постепенно эволюционировать в сложную жизнь.
"Природа имеет тенденцию изобретать из того, что у нее уже есть",-сказал эволюционный биолог Сергей Мельников, постдокторант Йельского университета и соавтор исследования.
Эти значки NLS свидетельствуют о промежуточной форме между простыми и сложными клетками-находка, эквивалентная обнаружению птицеподобного динозавра или ползающей рыбы, как палеонтолог, сказал Мельников LIve Science.
Но не все убеждены: два эксперта сказали Live Science, что NLSs не может быть эволюционным дымящимся пистолетом, который показывает, как простые клетки эволюционировали в более сложные.
Выкапывание клеточных окаменелостей
Вместо того чтобы копаться в скелетных останках, Мельников начал копаться в рибосомных белках клеток, чтобы собрать воедино их эволюционную историю. (Рибосомы-это клеточные фабрики, которые помогают собирать белки.)
"Есть только несколько генов, которые вездесущи", то есть они присутствуют во всех формах жизни, сказал Мельников. Около половины этих сохраненных генов кодируют рибосомные белки, объяснил он, что говорит о том, что эти белки имеют длительное эволюционное наследие, возможно, восходящее к началу самой жизни.
Сравнивая структуру рибосомных белков, отобранных из всех трех доменов жизни-архей, бактерий и Эукарий, - Мельников стремился выявить эти сигнатурные последовательности. Группы архей, которые он исследовал, относятся к числу тех, которые можно найти в природе сегодня.
И вот, Мельников и его коллеги откопали четыре архейских белка, снабженных значками безопасности, похожими на их эукариотические аналоги. NLS-подобные последовательности появились в нескольких группах архей, поэтому исследователи пришли к выводу, что эта особенность появилась в начале архейской эволюционной истории.
Команда продолжала проверять, были ли NLSs функционально взаимозаменяемы в разных царствах жизни, заменяя эукариотический значок на архейский. Под световым микроскопом оказалось, что архейские Нлсс работают точно так же, как эукариотические Нлсс, и предоставляют своим ассоциированным белкам VIP-доступ к ядру. Несмотря на разделение одних и тех же функций, Нлсс у эукариот и архей не могут быть эволюционно связаны, говорят эксперты.
Айер, например, по-прежнему сомневается в своей находке. NLSs состоят всего из пяти-шести белковых строительных блоков, называемых аминокислотами. Из-за их короткой длины и особой химической структуры, NLSs статистически вероятно, появятся в белках по чистой случайности, сказал Айер Live Science.
"В конце концов, это просто показывает, что эти последовательности, вероятно, предшествовали ядрам", - сказал по электронной почте Live Science Базз Баум, клеточный и эволюционный биолог в лаборатории молекулярной клеточной биологии MRC в Англии. Археи, которые имеют много генетических сходств с современными эукариотами, все еще не имеют ядер и органелл, объяснил он, поэтому трудно понять, как эти NLSs привели к развитию ядер.