Путь возникновения на Земле первых по-настоящему сложных организмов — один из главных открытых вопросов в современной биологии. В новом исследовании международная группа ученых детально изучила и впервые визуализировала внутреннее строение «архей Асгарда» — организмов, признающихся промежуточным этапом эволюции сложных форм жизни.
Все формы жизни, найденные на сегодня на Земле, в научной систематике подразделяют на три основных домена: бактерии, археи и эукариоты. Причем именно в таком порядке повышается сложность работы и внутреннего устройства этих организмов. Так, клетки эукариот обычно значительно крупнее и, на первый взгляд, намного сложнее, чем клетки бактерий и архей.
В то же время археи имеют много сходств как с бактериями, так и с эукариотами. С первыми их роднят размер и форма клеток, способ хранения генетической информации, а со вторыми — некоторые гены и метаболические пути. Из этого и возникает предположение, что эволюция сложных форм жизни шла именно по такому пути — от бактерий к археям, а затем к эукариотам.
Однако нет понимания, как происходил этот эволюционный скачок. Большая часть современных моделей предполагает, что первичная эукариотическая клетка возникла в результате тесного симбиоза архей и бактерий около двух миллиардов лет назад. Чтобы лучше разобраться в этом вопросе, группа исследователей из Австрии, Швейцарии и Германии подробно изучила ближайших родственников эукариот — асгардских архей, а именно — Lokiarchaeum ossiferum, названных в честь скандинавского бога Локи.
Ранее ученым было известно о существовании в геноме архей так называемых эукариотических сигнатурных белков (ЭСБ) — группы генов, кодирующих белки, обычно встречающиеся у эукариот. Часть из этих белков должна формировать цитоскелет клетки, отвечающий за ее форму и участвующий во внутреннем транспорте молекул. Но точная роль, которую играют ЭСБ в клетках именно архей Асгарда, оставалась неясной.
Группе ученых под руководством микробиолога Кристы Шлепер (Christa Schleper) из Венского университета впервые удалось накопить достаточное количество клеток архей, крайне чувствительных к малейшим изменениям внешних условий, чтобы изучить их строение под криоэлектронным микроскопом.
Получив трехмерные изображения внутренних клеточных структур, исследователи обнаружили, что клетки архей состоят из круглых клеточных тел с тонкими, иногда очень длинными отростками, а также содержат обширную сеть актиновых филаментов (частей цитоскелета), которые ранее считались уникальными для эукариотических клеток. Значит, обширные структуры цитоскелета возникли у архей еще до появления первых эукариот.
«Наш новый организм, названный Lokiarchaeum ossiferum, обладает большим потенциалом для дальнейшего исследования ранней эволюции эукариот, — пояснила ведущий автор статьи Криста Шлепер. — Потребовалось шесть долгих лет, чтобы получить стабильно растущую до высоких концентраций культуру, но теперь мы можем использовать этот опыт для многих биохимических исследований, а также для культивирования других асгардских архей».
Результаты исследования подробно изложены в статье, опубликованной в журнале Nature.