Новые горизонты в изучении происхождения эукариот: неожиданные открытия и гипотезы

Происхождение эукариот, организмов с оформленным клеточным ядром и сложной структурой, остается одной из самых обсуждаемых тем в биологии. В последние годы ученые предложили различные модели, основанные на косвенных данных, но группа исследователей из Барселоны решила обратиться к более прямым источникам информации — последовательностям ДНК и белков. Их работа привела к неожиданным выводам о генетическом наследии эукариот.

Реконструкция протеома LECA

Исследователи реконструировали протеом LECA (Last Eukaryotic Common Ancestor) — последнего общего предка всех эукариот. В ходе анализа они обнаружили, что белки LECA происходят не только от архей и альфа-протеобактерий, как ожидалось, но также от миксобактерий и планктомицетов. Это открытие ставит под сомнение традиционные представления о происхождении эукариот и поднимает вопросы о возможном заимствовании у планктомицетов решений для компартментализации клетки.

Гипотеза двойного эндосимбиоза

Согласно гипотезе двойного эндосимбиоза, эукариоты возникли в результате симбиоза не двух, а трех партнеров. Первым предком был архей из группы асгардархей, который уже обладал некоторыми сходствами с эукариотами, включая сложный актиновый цитоскелет. Вторым предком, давшим начало митохондриям, стала альфа-протеобактерия. Однако до сих пор неясно, какая именно альфа-протеобактерия стала предком митохондрий, и существует множество дебатов по этому поводу.

Неожиданные предки

В ходе исследования ученые установили, что геномы современных эукариот несут четкий сигнал не двух, а четырех прокариотических предков. Это открытие подтверждает, что LECA был организмом, похожим на современных одноклеточных эукариот, вероятно, хищником, охотившимся на бактерий. При этом генетический вклад миксобактерий и планктомицетов оказался сопоставимым с вкладом асгардархей и предков митохондрий.

Миксобактерии и планктомицеты

Современные миксобактерии известны своей способностью формировать многоклеточные плодовые тела, что делает их участие в эукариогенезе неожиданным. Однако это также подтверждает теорию двойного эндосимбиоза. Важно отметить, что планктомицеты, известные как "бактерии с клеточным ядром", также играют значительную роль в эволюции эукариот. Их вклад в биогенез клеточных мембран и транскрипцию РНК может быть ключевым для понимания компартментализации клеток.

Роль вирусов в эволюции

Кроме того, исследование показало, что вирусы эукариот происходят от вирусов бактерий, а не архей, что ставит под сомнение гипотезу об архейном происхождении эукариотической клетки. Генетический вклад вирусов демонстрирует, кто "носил гены" между прокариотами, что подчеркивает важность горизонтальных переносов генов в процессе эукариогенеза.

Заключение

Таким образом, происхождение эукариот оказывается многокомпонентным и растянутым во времени процессом, включающим не только симбиозы, но и горизонтальные переносы генов. Это открытие подчеркивает, что эукариоты представляют собой химеры, "собранные" из нескольких прокариот, и что их эволюция была сложной и многоступенчатой. В результате, современная биология получает новые инструменты для понимания эволюции жизни на Земле и происхождения сложных клеток.