Кто он – наш самый-самый-самый дальний предок? Древние микробы из Китая – ключ к истокам всей сложной жизни
Каждый из нас, от травинки до слона, состоит из удивительно сложных клеток — эукариотических. У них есть ядро, где надёжно упакована ДНК, и целая армия внутренних органелл, включая митохондрии, наши персональные «энергостанции». Но так было не всегда. Миллиарды лет назад Землю населяли куда более простые существа — бактерии и археи, клетки-одиночки без всяких внутренних изысков. Как же произошёл этот невероятный скачок от простоты к сложности? Эта тайна долгое время не давала покоя учёным, но недавние находки из китайских болот, кажется, приоткрыли завесу.
А кто такие эти ваши эукариоты?
Давайте начистоту: само слово «эукариот» звучит немного пугающе, правда? Но на деле всё просто. Если представить клетку как домик, то у прокариот (бактерий и архей) всё имущество, включая генетический материал, разбросано по одной комнате. А вот эукариоты — это уже многокомнатные апартаменты с отдельной «спальней» для ДНК (ядром) и специализированными «кухнями» и «электростанциями» (органеллами вроде митохондрий). И вот это превращение одноклеточного «холостяцкого» жилища в сложный «дворец» — одно из ключевых событий в истории жизни. Ведь именно эукариотические клетки легли в основу всего многообразия животных, растений и грибов. Без них не было бы ни нас с вами, ни величественных секвой, ни скромных дрожжей, поднимающих тесто для пирога.
Детективная история: одна клетка внутри другой
Ещё в середине прошлого века учёные заподозрили неладное. Слишком уж митохондрии походили на самостоятельные бактерии, которые почему-то решили поселиться внутри другой, более крупной клетки. Эта идея, известная как теория эндосимбиоза, сегодня практически общепризнанна. Представьте себе: одна клетка (вероятно, архея) попыталась «съесть» другую (бактерию), но та не только выжила, но и со временем стала незаменимым партнёром, поставляя энергию. Этакая клеточная «коммуналка», которая со временем переросла в нечто гораздо большее.
Но кто был этим «хозяином» и кто «гостем»? Генетика подсказала: хозяином, скорее всего, была архея, а гостем-митохондрией — бактерия. Оставалось найти живых (или хотя бы их следы) родственников этих древних партнёров.
Привет из Асгарда: недостающее звено?
И вот, в 2015 году, как гром среди ясного неба — открытие! Учёные, бурившие дно Атлантического океана, наткнулись на совершенно новую группу архей. Их назвали пышно — Асгард-археи, в честь мифической обители скандинавских богов. И не зря! Эти микробы оказались настоящей сенсацией. В их геноме обнаружились гены, которые раньше считались эксклюзивной прерогативой эукариот. Вот оно, недостающее звено! Похоже, именно кто-то из Асгард-архей, или их близкий родич, и стал тем самым «хозяином», приютившим будущую митохондрию.
Асгард-археи — это целое семейство со звучными именами: Локиархеи, Торархеи, Хеймдалльархеи… прямо пантеон микроскопических божеств! Но кто из них наш прямой предок? Вопрос оставался открытым.
Китайский след: болотные архивы древности
И тут на сцену выходят китайские исследователи под руководством Хунпо Дуна. Их команда не стала бороздить океаны, а обратила взоры на прибрежные водно-болотные угодья Китая. Казалось бы, что там искать? А оказалось — целую сокровищницу! Из 14 локаций учёные извлекли ДНК и, к своему изумлению, идентифицировали 223 (!) новых вида Асгард-архей, включая 16 совершенно новых подгрупп.
«Это просто невероятное количество!» — комментируют коллеги, не участвовавшие в исследовании. Благодаря этой работе, наше представление о разнообразии Асгард-архей расширилось многократно. Это как если бы мы знали только львов и тигров, а тут нам показали ещё две сотни видов кошачьих, о существовании которых мы и не подозревали.
Переписывая семейное древо (и немного о кислороде)
Новые данные позволили команде Дуна по-новому взглянуть на эволюционное древо. Ещё недавно, в 2023 году, другая группа учёных предположила, что эукариоты произошли от подгруппы Хеймдалльархей. Однако китайские исследователи, проанализировав куда больший массив данных, пришли к иному выводу: эукариоты как группа оказались старше Хеймдалльархей! Это значит, что последние не могли быть нашими прямыми предками. Скорее, мы с ними — «двоюродные братья», две ветви, разошедшиеся от общего ствола.
Почему же предыдущие исследователи могли ошибиться? По мнению Дуна, дело в «посторонних» — группе Njordarchaeales. Оказалось, эти ребята в ходе эволюции «нахватались» ДНК от других архей, не относящихся к Асгардам, и это внесло путаницу в расчеты. Наука, знаете ли, процесс самокорректирующийся.
А что по датам? Согласно новым расчётам, последний общий предок всех Асгард-архей жил где-то между 3,72 и 3,06 миллиардами лет назад. А вот разделение ветви Хеймдалльархей (и, соответственно, появление линии эукариот) произошло в промежутке от 3,12 до 2,26 миллиарда лет назад. Это любопытным образом совпадает с другим важнейшим событием в истории Земли — появлением кислорода в атмосфере примерно 2,5 миллиарда лет назад, благодаря деятельности фотосинтезирующих бактерий.
Именно кислород, по мнению Дуна, мог стать тем катализатором, который подтолкнул Асгард-архей к судьбоносному симбиозу. Некоторые бактерии научились «дышать» кислородом, и археи, вступив с ними в партнёрство, получили доступ к новому, невероятно эффективному источнику энергии. «По мере роста уровня кислорода, — говорит Дун, — симбиотические отношения становились всё теснее, пока, наконец, партнёры не слились воедино». Этакий брак по расчёту, оказавшийся невероятно успешным.
Ещё не конец истории?
Конечно, как это часто бывает в науке, ставить точку пока рано. Бурак Авджи, комментируя китайское исследование, мудро замечает, что мы, вероятно, видим лишь «верхушку айсберга». Каждая новая порция геномных данных от этих неуловимых Асгард-архей может снова и снова уточнить картину.
Но одно ясно уже сейчас: эти крошечные существа, скрывающиеся в неприметных болотах, хранят ключи к пониманию одного из самых грандиозных событий в истории жизни на Земле. И каждое новое открытие приближает нас к ответу на вечный вопрос: откуда мы пришли? И, возможно, даже — куда идём. А вы знали, что поиски продолжаются прямо сейчас? Кто знает, какие ещё сюрпризы ждут нас в глубинах океанов или в скромной луже на заднем дворе.
