Японские ученые культивировали вид архей, давших начало всему живому на Земле

Ученым из Японии впервые удалось культивировать неуловимый вид архей из глубоководного ила, который, как полагают, похож на предка, от которого произошли первые эукариоты – примитивные многоклеточные организмы.

В течение первых 2 миллиардов лет жизнь на Земле состояла из двух микробных царств – бактерий и архей. Они отличались бесчисленным разнообразием видов, пока, согласно теории, какой-то археон не поглотил бактерию, что послужило началом создания совершенно особого типа клеток, ставших, вероятно, основой всей жизни на Земле, от растений до людей.

Создание условий для культивирования архей

Бактерии и археи продолжают процветать на Земле и сегодня. Однако, несмотря на то, что они, как полагают, сыграли ключевую роль в возникновении многоклеточных организмов, это сложные объекты для изучения: многие виды живут в неблагоприятных условиях, из-за чего их невероятно трудно выращивать в лаборатории.

Японская команда ученых посвятила этому исследованию 12 лет, преодолев на этом пути ряд неудач. Их научная одиссея началась в 2006 году со сбора образцов глубоководного ила недалеко от побережья Японии. Выловленный ил поместили в биореактор, где его непрерывно питали метаном в течение свыше пяти лет.

«Большинство организмов, культивированных в лаборатории, быстро размножаются и самостоятельно растут, образуя большое количество особей, – прокомментировал Масару Нобу из Национального института передовых промышленных наук и технологий в Цукубе (Япония). – Изолированный нами организм размножается в 1000 раз медленнее, чем кишечная палочка, живет только в небольших количествах и зависит от симбиотических партнеров».

После этого Нобу и его команда взяли из реактора небольшие образцы и поместили их в пробирки, которые пробыли в лаборатории еще год, прежде чем в них показались явные признаки жизни. Исследователи подпитывали образцы смесью питательных веществ, включая порошковое детское молоко. Для размножения и деления клеток требовалось от двух до четырех недель, то есть каждая стадия исследования занимала месяцы.

Открытие археи Асгарда

Независимо от этого исследования, нидерландская команда ученых сделала случайное открытие, также изучая археи. Специалисты секвенировали микробную ДНК, извлеченную из ила гидротермального жерла у побережья Гренландии. Они выделили один загадочный геном: это явно была архея, но в ее ДНК были также гены, похожие на гены в эукариотических клетках.

Ученые назвали ее археей Асгарда и предположили, что предки этой эволюционной ветви могли преодолеть разрыв между одноклеточными и многоклеточными организмами миллиарды лет назад.

Когда японская команда секвенировала свои образцы, генетический анализ показал, что ей удалось вырастить тех же архей Асгарда. До этого момента ученые могли определять только генетический код, однако понятия не имели, как на самом деле выглядит этот организм.

Последние работы показывают, что археи Асгарда представляют собой небольшие простые клетки, но имеют длинные, похожие на щупальца, структуры, выходящие из клеток. 

Не все ученые разделяют мнение о том, что именно археи Асгарда являются предками многоклеточных организмов. Однако сторонники этой теории полагают, что одна из этих клеток могла поглотить бактерию, которая впоследствии стала митохондрией – энергетическим центром клетки у многоклеточных организмов. Отдельно бактерии и археи не имеют подобных органелл.

Японские ученые считают, что недавно обнаруженные археи Асгарда могли поглотить бактерии и сформировать симбиотические отношения с ними. После нескольких эволюционных скачков два организма могли соединиться в один более сложный организм – примитивный эукариот. 

Безусловно, пока эти эксперименты требуют дальнейших исследований, однако роль их огромна – их изучение может приоткрыть завесу процесса появления многоклеточных организмов на Земле.