Три миллиарда лет назад на Земле все было иначе. Во-первых, не было всего этого кислорода повсюду - первые цианобактерии должны были найти способ жить на вулканическом углекислом газе , воде и солнечном свете. Эти древние организмы жили анаэробно , без кислорода. Как ни странно, сегодня мы дышим тем типом атмосферы, который они сделали возможным для нас, потому что побочный продукт их производства пищи - кислород - в конечном итоге охватил атмосферу Земли. Анаэробные организмы были вытеснены в бескислородные уголки и закоулки планеты и оставались простыми и одноклеточными.
Это животное, но без митохондрий
Тем не менее, когда есть правило, обычно есть исключение, и группа ученых обнаружила небольшого паразитического цинарца - родственника медузы - который, очевидно, не использует кислород для дыхания. Они опубликовали свои выводы в выпуске «Трудов Национальной академии наук» от 24 февраля 2020 года.
Это животное, Henneguya salminicola , представляет собой крошечного паразита с головой инопланетянина с длинным хвостом, который питается мышечной тканью лосося и других рыб. Это эукариот - член широкой группы организмов, которая включает в себя большинство живых существ, которые вы можете увидеть невооруженным глазом: животные, растения, грибы и т. Д. В клетках эукариот содержатся всевозможные причудливые органеллы, которые являются их более примитивными аналогами. , прокариоты , не имеют. Одной из таких органелл является митохондрия, структура, которая имеет собственный крошечный геном, отдельный от остального организма, и которую эукариотические клетки используют для производства энергии с помощью кислорода.
Но в больших группах, которые мы называем «эукариотами», есть несколько одноклеточных, неживотных видов, которые являются анаэробными. У них нет митохондрий, но есть то, что ученые называют «органеллами, связанными с митохондриями». Henneguya salminicola является первым животным, у которого есть эта особенность.
Это все очень странно, но как они попали таким образом?
Эволюция аномалии
«У предков Хеннегуя почти наверняка были митохондрии», - говорит соавтор исследования Стивен Аткинсон, профессор кафедры микробиологии в Университете штата Орегон, в интервью по электронной почте. «У всех его ближайших родственников есть митохондрии, поэтому переход к анаэробному образу жизни и потеря функциональных митохондрий, по-видимому, являются недавней адаптацией только этого вида - по крайней мере, о чем мы знаем до сих пор!»
В клетках типичных животных митохондрии используют кислород в многоэтапном процессе для создания химической энергии. Исследовательская группа обнаружила, что паразиту только что пришлось адаптироваться к среде с очень небольшим количеством доступного кислорода. Без необходимости в митохондриях он утратил генетические инструкции, по крайней мере, для нескольких частей процессов, в которых используется кислород - например, Henneguya salminicola утратил свой митохондриальный геном, который нужен другим клеткам животных, поскольку они содержат инструкции по использованию кислорода. Потеряв геном, паразит экономит энергию, не копируя гены для вещей, которые ему больше не нужны.
Но как вообще выжить без кислорода?
«Мы предполагаем, что вместо этого он должен поглощать молекулы, связанные с выработкой энергии из клеток-хозяев, которые уже сделали часть обработки», - говорит Аткинсон. «Украсть что-то у хозяина - основа паразитизма!»
Что значит быть животным?
Как и многие важные открытия, это открытие было совершенно неожиданным - исследователи надеялись сравнить геномы двух маленьких паразитов, и каждый раз, когда они пытались запустить геном Henneguya salminicola , что-то было явно очень странным. Рассматривая его дальше, они обнаружили, что в его клетках был маленький пустой мешок, в котором когда-то могла находиться митохондрия.
«Это открытие расширило наше понимание того, что значит быть« животным », показав, что даже сложная жизнь может развиваться таким образом, чтобы преуспеть в среде без кислорода», - говорит Аткинсон. «Знание того, что анаэробные животные могут существовать, предупреждает нас о том, что мы должны искать это у других видов - и, возможно, искать в анаэробных средах животных, которых мы никогда не видели бы раньше. В частности, для исследования паразитов на миксозоах это означает, что мы с этого момента будем искать необычные или отсутствующие митохондрии у других видов, чтобы попытаться обнаружить связи между хозяевами, тканями и окружающей средой, которые приводят к потере митохондриальной функции, чтобы воспользоваться анаэробным метаболизмом ».
Обнаружение анаэробных механизмов у этих паразитов может также открыть новые возможности для лечения, поскольку для борьбы с другими анаэробными паразитами используются специфические лекарства.