Долгое время в научном сообществе считалось, что общий предок животных, растений и грибов появился не более двух миллиардов лет назад в результате симбиоза с бактериями. Однако новые генетические данные свидетельствуют о том, что этот революционный процесс протекал совершенно иначе и начался гораздо раньше. Подробности исследования, меняющего представления об эволюции, приводит издание Nature.
Все земные организмы принято делить на прокариот, не имеющих клеточного ядра, и эукариот, к которым относится и человек. У последних генетический материал плотно упакован в ядре, отделенном мембраной, что позволяет вмещать молекулы ДНК огромной длины. Если у бактерий длина ДНК составляет пару миллиметров, то в ядре человеческой клетки она достигает двух метров. Именно эта особенность позволяет эукариотам формировать сложные многоклеточные организмы, совершив качественный скачок от простоты к биологической сложности.
Авторы научной работы решили уточнить время появления первых эукариот, использовав метод перенастроенных молекулярных часов. В отличие от стандартного подхода, который предполагает, что генетические изменения накапливаются с одинаковой скоростью, новая модель учитывает разный темп эволюции у различных групп организмов. Исследователи искали гены, несущие следы удвоений в момент возникновения общего предка, что позволило получить более точные датировки.
Результаты анализа показали, что сложное клеточное строение начало формироваться 2,2–2,9 миллиарда лет назад, то есть почти на миллиард лет раньше прежних оценок. Этот процесс был постепенным: сначала, около 2,9 миллиарда лет назад, появились гены, отвечающие за формирование ядра. Лишь спустя сотни миллионов лет, примерно 2,2 миллиарда лет назад, возникли признаки удвоения генов, связанных с митохондриями. Это открытие коренным образом меняет понимание последовательности эволюционных событий.
Ранее предполагалось, что толчком к появлению эукариот послужило насыщение атмосферы кислородом, который ускоряет метаболизм и позволяет поддерживать длинные цепочки ДНК. Однако новые данные указывают на то, что клеточное ядро сформировалось за полмиллиарда лет до того, как атмосфера стала кислородной. Это ставит перед учеными новый вопрос: почему усложнение жизни началось именно в этот период, если отсутствие мощного окислителя этому не препятствовало.
Исследование также опровергает популярную «митохондриальную» гипотезу, согласно которой эукариоты сначала поглотили бактерий-симбионтов, ставших энергетическими станциями клетки, и только потом обзавелись ядром. Выяснилось, что порядок был обратным: сначала древний предок, представлявший собой архею, сформировал ядро для защиты генетической информации, и лишь спустя долгое время захватил бактерию, которая позволила эффективно использовать кислород для выработки энергии.
Таким образом, исходным предком всей сложной жизни на Земле была архея — одноклеточный организм, отличающийся от бактерий биохимическим строением. Эти древние существа постепенно усложнялись, развивая внутреннюю структуру, а последующее объединение с бактериями в кислородной среде дало им решающее эволюционное преимущество. Новая хронология событий заставляет пересмотреть многие устоявшиеся взгляды на ранние этапы развития биосферы.