Археи «Замка Локи» раскрыли неожиданные детали происхождения эукариот

Все живое на нашей планете относится к одному из трех доменов: бактерии, археи и эукариоты. Живые клетки первых двух доменов невелики и сравнительно просты, они не содержат ни ядра, ни некоторых других сложных мембранных органелл. Эти структуры появляются лишь в клетках эукариот – растений и грибов, протистов и животных – первые из которых, по современным представлениям, появились из общего с археями предка около 1,5–2 млрд лет назад.

Предполагается, что произошло это в ходе серии поглощений одной клеткой других, после которых жертвы оказались не переварены, а сумели занять положение внутриклеточных симбионтов и за миллиарды лет эволюционировали в органеллы, такие как митохондрии. Многие даже важные детали этого процесса остаются непонятными. Некоторые из них раскрывает новая работа ученых из шведского Уппсальского университета, результаты которой публикует журнал Nature.

Тийс Эттема (Thijs Ettema) и его коллеги исследовали необычную группу архей, получивших название Asgard в честь обители северных богов. По мнению ученых, эти микробы являются потомками той древней «хозяйской» археи, которая, поглотив другие клетки, постепенно эволюционировала в эукариот.

Впервые представитель Asgard был идентифицирован Эттемом и его соавторами в 2015 г. Его ДНК удалось обнаружить в образцах, собранных на дне океана, на глубине 2300 м близ гидротермального источника «Замок Локи» на севере Атлантики, откуда и берет начало связь этих микробов с северными богами. И хотя их клеток в распоряжении ученых не было, геном сразу указал на родственность архей Loki и эукариот. Только у них обнаружились гены, необходимые для поддержания и изменения формы клетки и образования цитоскелета, – гены, отсутствующие у бактерий.

В прошлом году американские исследователи обнаружили еще одного представителя этой группы, Thorarchaeota (или просто Thor – в честь громовержца Тора). Ну а в новой работе Эттем и его коллеги из Швеции и Техаса описали еще двух представителей «Асгарда», получивших временные имена Odin и Heimdall. В отличие от Lokiarchaeota, они живут при куда более широком спектре условий и обнаруживаются в осадочных породах по всему миру – в гидротермальных источниках возле Японии, в гейзерах американского Йеллоустоуна и Новой Зеландии.

Имея в своем распоряжении данные по геному четырех архей, ученые сумели выделить их в группу Asgard и сравнить их ДНК. Эта работа подтвердила их родство с предками эукариот, но принесла и неожиданный сюрприз. В самом деле, у этих архей уже имеются гены, необходимые для синтеза цитоскелета и управления клеточными мембранами, однако все они «размазаны» по разным представителям Asgard, так что ни в одной клетке нет полного набора.

Этот факт ученым еще предстоит объяснить. И они планируют продолжить работу, не только ведя поиск новых «северных богов»-архей, но и пытаясь культивировать их в лаборатории. Пока что сложнейшие условия, необходимые их клеткам для роста, не позволяют исследовать их клетки – фактически еще никто не видел их «вживую», под микроскопом. Возможно, новые лабораторные методы позволят добиться и этого.