Ученые: Сложная жизнь зародилась почти на миллиард лет раньше, чем считалось

Животные, растения и грибы объединяет однотипная структура клеток, отличающая их от других форм жизни. Долгое время ученые считали, что общий предок этих трех групп появился около двух миллиардов лет назад благодаря симбиозу с поглощенными бактериями. Новые генетические данные показывают, что история эукариот сложилась иначе.

Современные эукариоты, включающие животных, растения, грибы и протистов, сначала сформировали ядро, а затем постепенно приобрели митохондрии. Все живые организмы делятся на прокариот — клетки без ядра, и эукариот — с ядром, отделенным мембраной. Ядро дает множество преимуществ. В нем может содержаться ДНК значительно большей длины. Например, в клетках человека молекула ДНК, выпрямленная, достигает нескольких метров, тогда как у бактерий и архей ее длина обычно не превышает пары миллиметров.

Эукариоты благодаря ядру могут развивать сложные многоклеточные организмы. Прокариоты формируют колонии, но они остаются значительно проще. Появление эукариот стало важным шагом эволюции, позволившим перейти от простых форм к сложным.

Авторы новой работы в журнале Nature изучили происхождение эукариот с помощью перенастроенных молекулярных часов. В отличие от классической модели, которая предполагает одинаковую скорость накопления генетических изменений, новая методика учитывает разные темпы эволюции у различных групп организмов. Например, вирусы эволюционируют значительно быстрее многоклеточных существ.

Исследователи выделили гены эукариот с признаками удвоений, появившихся у общего предка всех эукариот. Результаты показали, что ядро возникло раньше, чем считалось ранее: почти 2,9 миллиарда лет назад. Только около 2,2 миллиарда лет назад появились признаки удвоения генов, связанных с митохондриями.

Это важно, так как до 2,4 миллиарда лет назад атмосфера Земли почти не содержала кислорода. Ранее считалось, что кислород стал катализатором эукариотической эволюции, ускоряя метаболизм и позволяя клеткам увеличивать ДНК и размеры. Теперь выяснилось, что ядро сформировалось задолго до насыщения атмосферы кислородом.

По новой модели, предок эукариот сначала усложнился и приобрел ядро, затем, после появления кислорода, поглотил бактерию — предка митохондрий, и стал прототипом современной эукариотической клетки.

Ранее преобладала «митохондриальная» гипотеза: эукариоты сначала захватили бактерий-симбионтов, из которых появились митохондрии, что позволило использовать кислород. Новые данные показывают обратный порядок: ядро возникло первым, затем появились митохондрии, сделавшие клетки энергоэффективнее.

Исходный предок эукариот, по новой работе, был сложной археей. Археи — одноклеточные без ядра, биохимически отличающиеся от бактерий, живущие за счет окислительно-восстановительных реакций и не использующие кислород. Предки эукариот обладали высокой сложностью и, объединив свои возможности с бактериями, научились эффективно использовать кислород для энергетического обмена.

Читайте также: