Микробное партнерство, обнаруженное в толще древних «живых ископаемых», способно продемонстрировать, как простейшие клетки впервые начали объединять усилия ради возникновения сложной жизни. Кредит: Шаттерсток
Внешне напоминающие бесформенные тёмные валуны, строматолиты и микробные маты на самом деле представляют собой плотно упакованные, многослойные сообщества, созданные микроорганизмами. Сформировавшиеся миллиарды лет назад — задолго до появления животных и растений — эти структуры сыграли важную роль в высвобождении первых порций кислорода в атмосферу Земли. Теперь, как утверждается в статье, опубликованной в журнале Current Biology, они могут подсказать и то, каким образом простые клетки начали объединяться, дав толчок эволюции сложной жизни.
В составе исследовательской группы, работавшей над проектом, были доцент Брендан Бернс — эволюционный микробиолог из Университета Нового Южного Уэльса в Сиднее, — а также учёные из Технологического университета Сиднея и Мельбурнского университета. Им удалось найти в древних «окаменелостях» ранее не известный микроорганизм, существующий в неразрывной связи с другим микробом. «Строматолиты могут быть гораздо большим, чем просто колыбелью жизни, где процветала ранняя микробная жизнь», — поясняет Бернс. «Они также могут рассказать нам, как изначально сложилась жизнь».
Древний союз, впервые увиденный воочию
Строматолиты и микробные маты не остались лишь достоянием далёкого прошлого: несмотря на солидный возраст, живые представители этих образований до сих пор встречаются в заливе Шарк — объекте всемирного наследия, расположенном в Африке. Именно образцы, собранные в этом месте, помогли группе исследователей выделить архей Асгарда — необычайную группу микроорганизмов, которая, по имеющимся данным, связана тесным родством с предками эукариотов, клеток, из которых построены все основные растения и животные, включая человека.
Согласно классической гипотезе, первая эукариотическая клетка стала результатом симбиоза между древними археями и бактериями. Предполагается, что один из микроорганизмов со временем поглотил другой, в результате чего внутри клетки сформировались митохондрии — особые структуры, обеспечивающие её энергетические потребности. Однако до недавнего времени у науки не было прямых визуальных подтверждений подобного раннего союза. Новое исследование восполняет этот пробел: оно впервые демонстрирует физическое взаимодействие архей Асгарда с бактериями, происходящее посредством нанотрубок — чрезвычайно тонких трубчатых соединений. По словам Бернса, такая картина может служить уменьшенной моделью того, как зарождались партнёрства, которые в конечном счёте привели к формированию эукариот. «Это может быть небольшая модель того, как такого рода партнёрства зародились и в строгом порядке сформировали эукариотов», — добавляет он.
Путь к этому открытию оказался долгим. Генетическое секвенирование чётко указывало на присутствие ДНК нужных организмов в отобранных пробах, однако вырастить их в лаборатории было крайне затруднительно. «Это заняло четыре или пять лет в лаборатории, — вспоминает Бернс. — Много времени, оптимизация и поиск подходящих внешних условий». Археи Асгарда, как известно, с большим трудом поддаются культивированию вне естественной среды обитания, и получить их в чистой культуре до сих пор не удалось. Учёный считает, что этот факт говорит о фундаментальной особенности их биологии: «Тот факт, что мы никогда не сможем вывести эти организмы в чистую культуру, вероятно, потому, что их выживание всегда зависит от других организмов».
Разобраться в хитросплетениях микробных контактов помогла электронная криотомография — метод трёхмерной визуализации, позволяющий увидеть объекты размером в миллионную долю миллиметра. Изображения, полученные с её помощью, зафиксировали архей и бактерий, связанных нанотрубками воедино. Вдобавок удалось наблюдать, как археи отпочковывают цепочки пузырьков и формируют сложные трубчатые структуры. Микроорганизмы, по-видимому, дополняют друг друга в химическом отношении: они обмениваются витаминами, питательными веществами и водородом, которые каждый из них способен использовать.
Соавтор исследования, доцент Дебнат Госал из Мельбурнского университета, подчёркивает значение именно непосредственного контакта между археями Асгарда и бактериями — вероятно, в этой связи скрыт ключ к пониманию того, как в древности формировались союзы, ведущие к сложной жизни.
«Это открытие показывает нам на несколько шагов к пониманию того, как сложные клетки эволюционировали из относительно более простых микробных форм жизни», — сказал он. Скажите профессору Госалу.
Появляется древний клеточный механизм
По словам соавтора, доцента Кейт Митчи из Университета Нового Южного Уэльса, в анализе своей команды также включено глубокое обучение, время машинного обучения.
«Мы использовали это, чтобы предсказать структуру белков этих микробов», — сказал он. А/Проф. — говорит Митчи.
«И это интересно, потому что мы можем начать видеть древние версии клеточного механизма, которые позже стали центральными в трудной жизни».
А/проф. Бернс характеризует архея как «компаньонов». Жизнь внутри микробных матов может быть суровой, тесное сотрудничество между организмами может обеспечить решающее преимущество в выживании даже в микроскопических масштабах.
Живое окно в раннюю Землю
Соавтор, доцент Иэн Даггин из Сиднейского технологического университета, говорит, что примечательно осознавать, что микробы могли поддерживать подобные партнерские отношения в такой среде на протяжении миллионов лет, что в конечном итоге способствовало достижению человеком впечатляющей жизни, включая.
«Это как если бы мы медленно поднялись со дна морского», — сказал он. А/Проф. — говорит Даггин.
Лично идентифицированный археон получил имя Nerearchaeum marumarumayae . Его название сочетается с вами в отправке к Нерею, древнегреческому морскому богу и малганскому слову marumarumayae , что означает «древний дом».
Мальгана — один из традиционных языков, на котором говорят жители центральной части Шарк-Бэя, чьи связи со страной признаны коренными народами. Старейшины Мальганы, рейнджеры и члены общины продолжают заботиться о стране в заливе Шарк, защищая дикую природу и сохранение земли.
Шарк-Бей также имеет долгую историю параметров. Коренные жители впервые заселили этот регион около 30 000 лет назад.
В честь памяти Мальганы в Шарк-Бэй
Процесс присвоения названия микробу протокола консультации с Кимберли Окли, ведущим в мире экспертом по малганскому языку. Исследователи также работали со старейшинами Мальганы, чтобы определить язык, который можно было бы с уважением использовать в научном названии организма. Старейшины разрешили включить малганский язык, чтобы культуру можно было признать и прославить.
Для рассмотрения микробных сообществ залива Шарк предоставляет необычную возможность изучить условия, которые могут напоминать части южной Земли. Для традиционных владельцев та же самая окружающая среда является частью живого культурного наследия, которое продолжает охраняться и о котором заботятся.
А/проф. Бернс теперь надеется на то, что микробное партнерство станет еще одним примером того, что он является «маленьким первозданным супом Асгарда». давая ученым больше кусочков загадок, происходящих из самой ранней стадии эволюции цивилизации.
«Но дело не только в организмах», — сказал он. он говорит. «Это и о людях. Огромная совместная работа представителей разных дисциплин, в которой многие аспиранты сыграли решающую роль в создании этой истории.
"Часть того, что делает это захватывающим, так это то, что это не просто открытие, но и связь. И не только на протяжении многих лет, но и в то время, когда эти хрупкие экосистемы сталкиваются с растущими угрозами, изменениями климата и среды обитания человека».
Результаты также свидетельствуют о том, что глубокое выживание может обеспечить поддержку сотрудничества между организациями, как сказал профессор. По словам Бернса, эта тема остается столь же актуальной и сегодня.
«Эти микробы напоминают нам, что даже самые маленькие партнеры могут оставаться самым глубоким следом в нашей истории».