Nature: новое исследование ведет к пересмотру даты появления всех предков

На протяжении длительного времени в научном сообществе доминировала гипотеза, согласно которой общий предок животных, растений и грибов возник около двух миллиардов лет назад в результате эндосимбиотического взаимодействия с бактериями. Однако последние генетические исследования, опубликованные в журнале Nature, свидетельствуют о том, что этот процесс имел более раннее начало и протекал иначе, чем предполагалось ранее.

Все живые организмы делятся на прокариоты, не обладающие клеточным ядром, и эукариоты с ядерным аппаратом, к которым относится человек. Уникальной особенностью эукариот является наличие ядра, в котором хранится генетический материал, защищенный ядерной мембраной. Это позволяет эукариотам поддерживать длинные молекулы ДНК, что является предпосылкой для формирования сложных многоклеточных структур. Например, длина ДНК в ядре человеческой клетки составляет около двух метров, в то время как у бактерий она ограничивается несколькими миллиметрами.

Авторы исследования применили метод перенастроенных молекулярных часов для более точной датировки возникновения первых эукариот. Этот подход, в отличие от традиционных методов, учитывает вариабельность скорости эволюции различных таксономических групп, что позволяет получить более достоверные результаты. Основной акцент был сделан на анализе генов, которые могли дублироваться в процессе формирования общего предка эукариот.

Результаты анализа показали, что процесс формирования сложной клеточной организации начался значительно раньше, чем предполагалось ранее, в интервале от 2,2 до 2,9 миллиарда лет назад. Этот процесс был постепенным и включал несколько ключевых этапов. Около 2,9 миллиарда лет назад возникли гены, ответственные за формирование клеточного ядра, что стало важным шагом на пути к эукариотизации. Примерно 2,2 миллиарда лет назад появились признаки дупликации митохондриальных генов, что свидетельствует о симбиотическом взаимодействии с бактериями.

Ранее считалось, что увеличение концентрации кислорода в атмосфере Земли, произошедшее значительно позже, стало ключевым фактором, стимулирующим эволюцию эукариот. Однако новые данные свидетельствуют о том, что формирование ядра произошло за полмиллиарда лет до насыщения атмосферы кислородом. Это ставит под сомнение традиционные представления о роли кислорода в эволюции эукариот и требует пересмотра существующих гипотез.

Исследование также опровергает ранее распространенную митохондриальную гипотезу, согласно которой эукариоты возникли в результате поглощения бактериальных симбионтов, ставших энергетическими центрами клетки, после формирования ядра. Новые данные указывают на обратный порядок событий: древний предок, представлявший собой архею, сначала развил ядерный аппарат для защиты генетической информации, а затем поглотил бактерию, что позволило эффективно использовать кислород для энергетических процессов.

Таким образом, предком всех сложных форм жизни на Земле была архея — одноклеточный организм с уникальной биохимией, отличающейся от бактерий. Постепенное усложнение этих организмов, связанное с развитием внутренней клеточной структуры, стало возможным благодаря симбиотическому взаимодействию с бактериями в кислородной среде, что дало им решающее эволюционное преимущество. Новая хронологическая интерпретация событий требует пересмотра существующих представлений о ранних этапах развития биосферы и открывает новые горизонты для дальнейших исследований в области эволюционной биологии.