Ученые пересмотрели одну из главных теорий происхождения сложной жизни

Все животные, растения, грибы и люди состоят из эукариотических клеток – сложных клеток с ядром и множеством внутренних структур. Как появились такие клетки около двух миллиардов лет назад, остается одной из главных загадок биологии.

Долгое время ученые считали, что решающим моментом в этой истории стал союз двух микроорганизмов. Согласно популярной теории, древняя архея – одноклеточный организм, генетически отличающийся от бактерий, – поглотила бактерию, которая впоследствии превратилась в митохондрию. Митохондрии часто называют «энергетическими станциями» клетки, поскольку именно они обеспечивают ее большей частью необходимой энергии.

Однако новое исследование международной группы ученых, опубликованное в журнале Nature, показывает, что происхождение сложной жизни могло быть гораздо более длительным и запутанным процессом.

История не двух, а многих участников

Исследователи не оспаривают важность митохондрий для эволюции сложных клеток. Однако их результаты свидетельствуют о том, что в формировании первых эукариот участвовали не только археи и предки митохондрий.

Ученые обнаружили генетические следы других групп бактерий, которые также внесли вклад в формирование общего предка всех современных эукариот. Речь идет прежде всего о бактериях из групп Myxococcota и Planctomycetota.

Первые связаны с обменом веществ и работой клеточных мембран, вторые интересны своей необычной внутренней организацией. В отличие от большинства бактерий, у них есть внутренние структуры, напоминающие отсеки внутри клетки.

По мнению авторов работы, разные микроорганизмы постепенно передавали друг другу полезные гены, а сама эволюция сложной клетки заняла миллионы лет.

Поиск древнейших следов жизни

Проблема изучения происхождения первых эукариот заключается в том, что они были микроскопическими существами и практически не оставили ископаемых останков.

Поэтому исследователи обратились к своеобразной «генетической археологии». Используя суперкомпьютер MareNostrum, они проанализировали огромные массивы данных о геномах современных организмов.

Ученые реконструировали набор генов так называемого LECA – последнего общего предка всех эукариот. Именно от этого древнего организма впоследствии произошли животные, растения, грибы и множество других форм жизни.

Затем этот набор сравнили с десятками тысяч геномов бактерий, архей и вирусов. Работа заняла более пяти лет и потребовала сложных математических моделей для поиска очень древних эволюционных связей.

Неожиданная роль гигантских вирусов

Одним из самых удивительных открытий стало обнаружение следов гигантских вирусов из группы Nucleocytoviricota.

В отличие от большинства вирусов, они обладают очень крупными геномами и способны переносить большое количество генетической информации. Исследователи предполагают, что такие вирусы могли выступать своеобразными посредниками между микроорганизмами, помогая переносить гены от одного вида к другому.

Если эта гипотеза подтвердится, то вирусы окажутся не просто паразитами, а важными участниками одного из ключевых событий в истории жизни на Земле.

Что это меняет

Новая работа не отменяет существующую теорию происхождения эукариот, но существенно ее дополняет. Вместо единственного судьбоносного союза между археей и бактерией ученые предлагают рассматривать появление сложных клеток как результат множества взаимодействий между разными микроорганизмами, происходивших на протяжении длительного времени.

По сути, клетки, из которых сегодня состоят люди, животные и растения, могут быть результатом древней «кооперации» целого сообщества микроорганизмов. А значит, история нашего происхождения оказалась значительно сложнее и интереснее, чем считалось еще несколько лет назад.