• Добавить в закладки
  • Facebook
  • Twitter
  • Telegram
  • VK
  • Печать
  • Email
  • Скопировать ссылку
02.04.2021
Мария А.
3 422

Биологи описали последнего общего предка всех бактерий

5.6

Изучая геномы анаэробных бактерий, немецкие биологи смогли составить представление о метаболизме и физиологии последнего общего предка бактерий.

Пурпурные бактерии
Пурпурные бактерии — группа фотосинтезирующих бактерий, обитающих в солёных и пресных водах / © Getty Images / Автор: Ptolemocratia Acerronius

В середине 2010-х команда профессора Уильяма Мартина, главы Института молекулярной эволюции при Университете Генриха Гейне (Дюссельдорф, Германия), определила набор из 355 генов и описала физиологию и среду обитания последнего универсального общего предка (LUCA) — последней популяции организмов, от которой произошло все живое не Земле. По разным оценкам, предок жил примерно 3,48-4,5 миллиарда лет назад и не оставил нам никаких ископаемых остатков.

Теперь та же научная группа решила изучить последнего общего предка бактерий (last bacterial common ancestor, LCBA). Работа опубликована в журнале Communications Biology.

Среди всех микроорганизмов на Земле бактерии не только наиболее многочисленны, но и составляют самую разнообразную область с точки зрения физиологии и метаболизма. Изотопные сигнатуры прослеживают их автотрофию на 3,9 миллиарда лет назад. Основываясь на универсальности генетического кода, хиральности аминокислот, ученые считают, что последний универсальный общий предок предшествовал расхождению бактерий и архей. Поскольку бактериальный и архейный домены монофилетические — происходят от одного прародительского вида, — есть доказательства наличия одного явного предка для каждого домена. Их и назвали последним общим предком бактерий и последним общим предков архей.

Чтобы определить генетический код LBCA, его свойства и историю, биологи анализировали геномы анаэробных бактерий, способных жить и развиваться в отсутствие свободного кислорода. «Отказ от аэробов (нуждаются в свободном молекулярном кислороде для процессов синтеза энергии, в отличие от анаэробов; к ним относят подавляющее большинство животных, все растения и значительную часть микроорганизмов. — Прим. ред.) имел для нас смысл, — объяснила доктор Джоана Ксавье, ведущий автор исследования. — Если бактерии возникли в то время, когда Земля была бескислородной, то и нет смысла исследовать их происхождение, учитывая виды, полные адаптаций, вызванных кислородом».

Известно, что высшие формы жизни — существа, достигшие высшей ступени эволюции — наследуют генетический код от родителей к потомкам при помощи вертикального переноса генов, то есть по итогу геном будет предоставлять информацию о филогенетической истории. Однако бактериям свойственен другой процесс передачи генетического материала — латеральный (или горизонтальный) перенос организму-непотомку. Благодаря этому бактерии способны обмениваться генетической информацией между разными штаммами, но здесь кроется и серьезная проблема для ученых: при помощи традиционных филогенетических методов невозможно установить корень в древе эволюции бактерий.

Чтобы обойти это препятствие, авторы новой работы использовали биохимические сети вместе с тысячами отдельных филогенетических деревьев: они изучили 1089 эталонных геномов анаэробных бактерий, содержащих 2 465 582 белковых последовательностей. Затем их сгруппировали в 114 326 семейств: как оказалось, 146 семейств белков имели по крайней мере одну последовательность, присутствующую во всех 25 проанализированных основных таксономических группах. Таким образом, они формировали почти полную базовую метаболическую сеть.

Для завершенного понимания биохимии LCBA потребовалось еще девять генов: тогда реконструированная совокупность физических процессов, определяющих физиологические и биохимические свойства клетки, включала все основные и универсальные метаболиты. Чтобы быть полностью независимой и самогенерируемой, сети LBCA все равно потребуются дополнительные гены, унаследованные от последнего универсального общего предка — LUCA — и питательные вещества из окружающей среды.

Получив представление о метаболической сети общего предка бактерий, биологи определили, какие из современных бактериальных групп больше других похожи на LBCA. «Анализ показал, что самая ранняя ветвь бактерий, которая расходилась, была наиболее схожа с современными клостридиями, за которыми следовали протобактерии Deltaproteobacteria, актинобактерии и некоторые представители Aquifex (вид палочковидных одноклеточных бактерий длиной от двух до шести микрометров и диаметром около 0,5 микрометра. — Прим. ред.) Обычно эти группы имеют ацетил-КоА путь (метаболический путь, серия биохимических реакций, используемых некоторыми анаэробными хемолитоавтотрофными бактериями и археями-метаногенами для фиксации СO2 и получения энергии. — Прим. ред.)», — рассказал Фернандо Триа, один из авторов исследования.

Как объяснили ученые, восстановительный ацетил-КоА путь — единственный способ фиксации углерода, позволяющий организмам использовать водород как донора электронов, а диоксид углерода — как акцептора и строительной блок для биосинтеза органических молекул. Он свойственен как археям, так и бактериям, а еще открывает путь к общему универсальному предку всего живого.

«Мы можем с уверенностью сказать, что LBCA, был автотрофным, глюконеогенетическим и палочковидным, — добавляет Ксавье. — Если бы он был похож на клористидий, возможно, LBCA смог спорулировать». Такую гипотезу недавно предложили другие исследователи, и она согласуется с новыми результатами: формирование невероятно устойчивых спор и позволило ранним микроорганизмам выжить в суровых условиях молодой Земли.

Нашли опечатку? Выделите фрагмент и нажмите Ctrl + Enter.
Подписывайтесь на нас в Telegram, Яндекс.Новостях и VK
Вчера, 11:50
Игорь Байдов

С помощью космических и наземных телескопов международная команда астрономов открыла похожий на нашу планету мир в так называемой зоне обитаемости, позволяющей воде существовать на поверхности тела в жидком состоянии. По космическим меркам экзопланета находится достаточно близко к Земле и, вероятно, представляет собой скалистый мир с благоприятным для жизни климатом. Подобные миры астрономы открывают крайне редко.

Вчера, 13:09
Ольга Иванова

Обычно жизнь неандертальцев изображают как крайне тяжелую с высоким уровнем стресса, в том числе детского. Международная группа ученых пришла к выводу, что их дети, как и отпрыски наших непосредственных предков, имели одинаковый уровень стресса, но на разных стадиях развития. Это может говорить о разных подходах к уходу за детьми, что, возможно, имело долгосрочные последствия — частично такое обстоятельство вызвало вымирание неандертальцев.

Вчера, 15:20
Nadya

В конце 2022 года ученые забили тревогу из-за неизвестной эпидемии, от которой гибнут морские ежи в заливе Акаба около израильского города Эйлат. Долгое время биологи не могли понять причину их вымирания. К счастью, исследователи Тель-Авивского университета выяснили, что смертельно повлияло на морских животных.

20 мая
Полина Меньшова

Британский учитель географии Грэм Сеньор работал в саду и случайно обнаружил в земле небольшой прямоугольный камень. Оказалось, что на артефакте высечен текст, написанный с помощью древнего кельтского алфавита огам.

21 мая
Андрей

Группа энтомологов решила уточнить, откуда происходят предки современных рыжих тараканов и каким образом те захватили человеческие жилища почти на всех континентах. Для этого ученые секвенировали ДНК примерно 300 насекомых и смоделировали наиболее вероятные сценарии расселения на основе генетической информации.

22 мая
Полина Меньшова

Ледник Туэйтса в Западной Антарктиде, который также называют «ледником Судного дня», может растаять раньше, чем считали ученые. Теплые океанские воды воздействуют на него сильнее, чем предполагалось, показали новые спутниковые данные.

15 мая
НИУ ВШЭ

Международный коллектив исследователей при участии ученых из Института когнитивных нейронаук НИУ ВШЭ изучил, как выбор иностранного языка влияет на когнитивные способности человека. Оказалось, что языки, непохожие на родной, стимулируют когнитивную функцию на начальном этапе их изучения, а близкие к родному имеют отложенный эффект и помогают мозгу эффективнее работать при более высоком уровне владения иностранным языком.

3 мая
Василий Парфенов

Ледяной покров Антарктики претерпевает значительные изменения на протяжении года, и его поведение хорошо изучено в общем. Но некоторые локальные аномалии объяснить не получается вот уже несколько десятилетий. Одна из них — полынья возвышения Мод, или полынья моря Уэдделла, которая появляется нерегулярно на одном и том же месте. Международная команда океанологов, наконец, смогла разгадать механизмы ее образования.

27 апреля
Редакция Naked Science

Первый эпизод рассказывает об исследователе, который посещает различные планеты в поисках инопланетной жизни. Видео переведено на русский специально для Naked Science.

[miniorange_social_login]

Комментарии

Написать комментарий

Подтвердить?
Подтвердить?
Причина отклонения
Подтвердить?
Не получилось опубликовать!

Вы попытались написать запрещенную фразу или вас забанили за частые нарушения.

Понятно
Жалоба отправлена

Мы обязательно проверим комментарий и
при необходимости примем меры.

Спасибо
Аккаунт заблокирован!

Из-за нарушений правил сайта на ваш аккаунт были наложены ограничения. Если это ошибка, напишите нам.

Понятно
Что-то пошло не так!

Наши фильтры обнаружили в ваших действиях признаки накрутки. Отдохните немного и вернитесь к нам позже.

Понятно
Войти
Регистрируясь, вы соглашаетесь с правилами использования сайта и даете согласие на обработку персональных данных.
Ваша заявка получена

Мы скоро изучим заявку и свяжемся с Вами по указанной почте в случае положительного исхода. Спасибо за интерес к проекту.

Понятно
Ваше сообщение получено

Мы скоро прочитаем его и свяжемся с Вами по указанной почте. Спасибо за интерес к проекту.

Понятно

Сообщить об опечатке

Текст, который будет отправлен нашим редакторам: