Биологи описали последнего общего предка всех бактерий — Naked Science
11 минут
Мария Азарова

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

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.
5 часов назад
5 минут
Илья Ведмеденко

Разработчики из Центрального конструкторского бюро «Рубин» провели презентацию концепта ныряющего патрульного корабля «Страж». Предполагается, что он заинтересует иностранных заказчиков.

9 часов назад
2 минуты
Редакция

12 апреля каждого года — тем более на 60-летний юбилей полета Юрия Гагарина — везде принято что-то писать об этом без преувеличении историческом событии. Но мы думаем, что написали (и напишут) про него достаточно и без нас. Поэтому предлагаем не совсем привычный для нас формат кинохроники.

9 апреля
51 минута
Александр Березин

9 апреля 1940 года Германия внезапно напала на Данию и Норвегию — выполнив тем самым планы британского командования, пытавшегося спровоцировать Берлин на такое нападение. Но дальше все пошло не по плану: Германия победила, союзники проиграли. Тем не менее в этой битве выиграли не только немцы. Парадоксальным образом она помешала и англо-французским планам нападения на СССР в 1940 году, что радикально изменило ход и исход всей мировой войны. Попробуем разобраться в деталях.

Вчера, 06:49
7 минут
Александр Речкин

12 апреля исполняется 60 лет со дня первого полета человека в космос. В 1961 году советский космонавт Юрий Гагарин на космическом корабле стартовал с космодрома Байконур и впервые в мире совершил орбитальный облет Земли. Полет в околоземном космическом пространстве продлился один час и 48 минут, после чего Гагарин успешно приземлился.

8 апреля
13 минут
Мария Азарова

Когда знаменитый епископ Лунда Педер Винструп умер, его похоронили в семейном склепе в Лундском соборе вместе с женой. После реставрации собора в XIX веке гробы перенесли в общее хранилище, а в 2012 году ученые решили исследовать мумифицированные останки. Неожиданно в ногах Винструпа обнаружили небольшой кулек — завернутое в ткань тело недоношенного ребенка. Это открытие вызвало резонный вопрос: как эмбрион попал в гроб к епископу и имели ли они родственную связь?

9 апреля
51 минута
Александр Березин

9 апреля 1940 года Германия внезапно напала на Данию и Норвегию — выполнив тем самым планы британского командования, пытавшегося спровоцировать Берлин на такое нападение. Но дальше все пошло не по плану: Германия победила, союзники проиграли. Тем не менее в этой битве выиграли не только немцы. Парадоксальным образом она помешала и англо-французским планам нападения на СССР в 1940 году, что радикально изменило ход и исход всей мировой войны. Попробуем разобраться в деталях.

17 марта
12 минут
Василий Парфенов

Продолжавшееся более пяти лет уголовное дело подошло к завершению: серийного сетевого сексуального маньяка осудили на 75 лет тюремного заключения. Чтобы поймать человека, растлившего 375 несовершеннолетних девушек, потребовалось пойти на беспрецедентные и этически спорные меры: создать вредоносное ПО и подсунуть злоумышленнику видеоловушку со встроенным вирусом.

25 марта
36 минут
Александр Березин

Улыбающийся мультимиллиардер планирует понять, насколько эффективно мел в стратосфере защищает планету от солнечного света, и если результат хорош, распылить его там в гигантских количествах. Потенциально это результативная задумка: ученые давно показали, что так можно добиться полного покрытия Земли устойчивыми льдами — вплоть до экватора. Увы, идея Гейтса — плагиат, причем не лучший. Советский исследователь предложил похожее полвека назад с более эффективной серой. Интереснее другое: подобные мероприятия один раз едва не уничтожили человечество. Разбираемся в деталях, а также в том, грозит ли нам повторение.

31 марта
51 минута
Александр Березин

Самый зловещий оружейный проект всех времен и народов — термоядерная торпеда, предназначенная для радиационного поражения огромных площадей и создания искусственного цунами. Никогда до этого ни одна страна даже не заявляла о намерении сделать нечто настолько опасное для живых существ. Поэтому российский проект «Посейдон», обещающий именно это, вызывает бурю эмоций. Однако тщательный технический анализ показывает: в реальности он будет совсем не таким, как об этом пишут в СМИ. Даже если он предназначен для радиационного поражения обширных площадей, оно не будет долгим. А уже через год «омытые» им районы будут абсолютно безопасны. Тем не менее новая система действительно изменит стратегический баланс на планете — но не так, как все думают. Попробуем разобраться в ситуации подробнее.

[miniorange_social_login]

Комментарии

Написать комментарий

Подтвердить?
Лучшие материалы
Войти
Регистрируясь, вы соглашаетесь с правилами использования сайта и даете согласие на обработку персональных данных.

Сообщить об опечатке

Текст, который будет отправлен нашим редакторам: