Новое исследование: сложная жизнь зародилась на миллиард лет раньше, чем считалось
фото: фрипик
Организмы с клеточной структурой, включая животных, растения, грибы и простейшие, обладают уникальными морфологическими и функциональными характеристиками, которые выделяют их среди других форм жизни. Ранее предполагалось, что их общий предок возник около двух миллиардов лет назад в результате эндосимбиоза с бактериями, однако современные генетические исследования подвергают эту гипотезу сомнению.
Эукариотические клетки, к которым относятся животные, растения, грибы и простейшие, прошли эволюционный путь от формирования мембранного ядра до приобретения митохондрий. В отличие от прокариотических клеток, у которых отсутствует ядро, эукариоты характеризуются наличием ядра, отделённого от цитоплазмы двойной мембраной, что обеспечивает более стабильное и компактное хранение генетического материала. Например, у человека выпрямленная молекула ДНК достигает длины нескольких метров, в то время как у бактериальных клеток она обычно не превышает нескольких миллиметров.
Эукариотические организмы способны образовывать сложные многоклеточные структуры, в то время как прокариоты формируют колонии, оставаясь одноклеточными. Появление эукариотической клетки стало ключевым этапом в эволюции, позволившим перейти от простых одноклеточных форм к сложным многоклеточным организмам.
В недавней статье, опубликованной в журнале Nature, учёные исследовали происхождение эукариотической клетки с использованием перенастроенных молекулярных часов. Традиционная модель предполагает постоянные темпы накопления генетических изменений, однако новая методика учитывает различия в скорости эволюции различных групп организмов. Например, вирусы эволюционируют значительно быстрее многоклеточных организмов.
Исследователи выявили гены эукариотической клетки, которые удвоились у общего предка всех эукариотических организмов. Анализ показал, что ядро сформировалось гораздо раньше, чем предполагалось ранее: около 2,9 миллиарда лет назад. Гены, связанные с митохондриями, начали удваиваться примерно 2,2 миллиарда лет назад.
Это открытие имеет важное значение, поскольку до 2,4 миллиарда лет назад атмосфера Земли практически не содержала свободного кислорода. Ранее считалось, что кислород ускорил эволюцию эукариотических клеток, улучшил их метаболизм и способствовал увеличению размеров. Однако новое исследование показало, что ядро сформировалось задолго до насыщения атмосферы кислородом.
Согласно новой модели, предок эукариотических клеток подвергся значительному усложнению, приобретя мембранное ядро. Затем, с появлением кислорода, этот предок поглотил бактерию, которая впоследствии стала предком митохондрий и привела к формированию современной эукариотической клетки.
Ранее доминировала «митохондриальная» гипотеза, согласно которой эукариотические клетки сначала захватили бактерии-симбионты, которые превратились в митохондрии и обеспечили им возможность использовать кислород. Новые данные показывают, что ядро возникло раньше, а митохондрии способствовали повышению энергоэффективности клеток.
Согласно результатам исследования, предок эукариотической клетки представлял собой сложную архею. Археи — это одноклеточные организмы без ядра, отличающиеся биохимическими особенностями от бактерий. Они получают энергию через окислительно-восстановительные реакции, не используя кислород. Предполагается, что предок эукариотической клетки был высокоорганизованным организмом, который, объединившись с бактериями, научился эффективно использовать кислород для энергетического обмена, пишет источник.
