От хаоса к порядку: как древний союз двух клеток породил жизнь на Земле

Примерно три миллиарда лет назад, когда жизнь на Земле только зарождалась, ею управляли простейшие одноклеточные существа. Эти клетки, которые сейчас известны как прокариоты, включали современные бактерии и археи. Они представляли собой примитивные молекулярные структуры, находившиеся в свободном смешении — своего рода молекулярные «мешки». Эти организмы извлекали энергию из окружающей среды и размножались, делясь на две клетки. Такой базовый механизм позволял жизни существовать, но оставался на примитивном уровне, пока однажды, в результате длительных взаимодействий и эволюционных процессов, не возник новый тип клетки — эукариот, ставший предком всех современных растений, животных и грибов.

Эукариоты принесли в клетки структурную организацию, которой прокариоты лишены. Если прокариоты напоминают случайно разбросанные листы бумаги, то эукариоты — это организованная система с четкими внутренними структурами. В каждой эукариотической клетке появились мембранные органеллы, выполняющие различные функции. Например, ядро защищает генетический материал, митохондрии производят энергию, а другие органеллы отвечают за синтез белков, хранение воды, фотосинтез и переработку отходов. Таким образом, эукариотическая клетка стала фундаментом для развития более сложных многоклеточных организмов, известных сегодня.

Тайна происхождения эукариот

Несмотря на многолетние исследования, происхождение первой эукариотической клетки остаётся загадкой. Большинство биологов предполагают, что эукариотическая клетка возникла в результате поглощения одной клетки другой в процессе, известном как эндосимбиоз. Считается, что древняя архея поглотила бактериальную клетку, которая не только избежала переваривания, но и приспособилась к жизни внутри хозяина. Эта бактерия, вероятно, превратилась в митохондрию — органеллу, отвечающую за энергетические потребности клетки. Это открытие стало возможным благодаря изучению архей из группы «асгарды», обнаруженных в 2015 году у подводных источников Локи в Атлантическом океане. Эти археи демонстрируют в своем генетическом коде черты, характерные для эукариот, что позволяет считать их ближайшими известными родственниками эукариотической ветви.

Эндосимбиоз и формирование многоклеточности

После захвата митохондрии в клетки некоторых эукариотов попали и другие органеллы. Например, одна из таких древних клеток поглотила цианобактерию, способную к фотосинтезу. Эта бактерия эволюционировала в хлоропласт, позволив клетке использовать солнечную энергию и углекислый газ для создания органических веществ. Так началось развитие растительных организмов и других фотосинтезирующих существ. Постепенно отдельные эукариотические клетки начали формировать колонии, которые со временем привели к появлению многоклеточных организмов. В этих сложных организмах клетки начали специализироваться, выполняя уникальные функции, что привело к возникновению таких форм жизни, как грибы, растения и животные.

Дальнейшие исследования и поиск ответов

Исследования последних десятилетий показали, что эукариоты, возможно, возникли не как отдельный вид, а из архей. Группа «асгарды», названная в честь скандинавских мифов, демонстрирует уникальные особенности, присущие эукариотам, такие как цитоскелет — сложная система, поддерживающая клеточную форму. Этот факт привел ученых к гипотезе, что именно архаичные «асгарды» могли стать первыми клетками, способными к эндосимбиозу — процессу, позволившему древним клеткам захватывать другие микроорганизмы и использовать их для собственных нужд.

Современные методы, такие как метагеномика, позволяют ученым исследовать древние генетические материалы и реконструировать эволюционные связи. Хотя вопрос происхождения эукариот остается открытым, новейшие данные указывают на то, что эукариоты тесно связаны с археями, и даже предполагают, что современные асгарды могут быть их «несостоявшимися» эукариотическими потомками.

Исследование опубликовано в журнале Science Advances .