Рубрики
В сeрeдинe Aтлaнтичeскoгo oкeaнa, мeжду Грeнлaндиeй и Нoрвeгиeй, нa глубинe 2300 мeтрoв, eсть чeрный дым-этo рeгиoн, в кoтoрoм вoдa тeплee, извeргaющиx сo днa мoря. Этo стрaннoe мeстo пoд нaзвaниeм «зaмoк Лoки» в чeсть прeдaтeля скaндинaвский бoг Лoки: Тoм Xиддлстoн сыгрaл в «Мститeли». Клeтки рaстeний и живoтныx, этo гoрaздo труднee, чeм бaктeриaльныe клeтки. Нo рядoм с зaмкoм Лoки живeт микрoб, нe тaк, кaк другиe. И oн мoжeт oбъяснить, кaк рaзвивaлaсь жизнь нa зeмлe.
В 2015 гoду группa учeныx пoд рукoвoдствoм микрoбиoлoгa Тaйс Эттeмa из Унивeрситeтa Упсaлa в Швeции, сooбщили, чтo oбнaружили нoвый вид микрooргaнизмoв. Oни нашли генетические следы этого одноклеточного микроба в отложениях морского дна примерно в 15 километрах от замка Локи.
В своей работе, опубликованной в журнале Nature, ученые назвали новый микроб Lokiarchaeota. Сокращенно — Локи.
Этот таинственный микроб оказался ближайший родственник эукаритов, группа, которая включает в себя все сложные живые организмы; растения и грибы, насекомые и люди. Это означает, что Локи может помочь нам понять, как эукариоты. Иными словами, Локи может объяснить, почему люди — и все остальные сложные — существуют на самом деле.
Бог Локи считают «невероятно сложной, запутанной и двойственное рисунок». То же самое касается и эукариот. Как эукариоты появились — это игра-головоломка, которая продолжает смущать ученые всего мира.
Еще несколько десятков лет назад биологи считали, что на этой планете было, по существу, два типа жизни: эукариоты и прокариоты. В то время как эукариоты включают в себя и одноклеточные организмы, и более сложные, такие как грибы и шимпанзе, всем прокариот и одноклеточных. Самые известные прокариоты-это бактерии.
Основное различие между прокариотами и эукариотами заключается в сложности клетки. Прокариоты-простые клетки, с различными внутренними структурами и клетками эукариот гораздо сложнее. Эукариотические клетки также, как правило, больше, иногда в десятки раз, чем прокариотические.
Именно сложность эукариотических клеток и получены дополнительные навыки позволяют им сформировать многоклеточную жизнь, как мы. Прокариоты не способны. Так что если эукариоты никогда не были сформированы, не было бы и нас.
Это простое разделение между простыми и сложными подразумевается в течение многих десятилетий, до тех пор, пока один ученый не доказал, что не все так просто. В конце 1960-х американский микробиолог Карл Везе решил взглянуть на последовательность ДНК организмов, чтобы понять, в каком соотношении состоят.
Weeze определили ген, которые передают все организмы, и сравнили различные версии. Типы, которые имели больше похожие версии этого гена, вероятно, находятся в тесной взаимосвязи. Таким образом, был генеалогическое древо всех известных живых организмов.
Анализ Везе показал, что есть два типа прокариотов. В дополнение к бактерий, был также полностью новую группу, которую он назвал «архей». Как бактерии, археи являются одноклеточные организмы с относительно простых клеток. Снаружи были как бактерии, но генетически очень разные. Археи были найдены по всему миру, и многие из них могут расти в экстремальных условиях, как полукипящей воды.
Везе был в состоянии перестроить дерево жизни. Вместо двух доменов жизни, было три: бактерии, археи и эукариоты. В 1977 году он опубликовал свои результаты в журнале PNAS. Они были настолько революционными, что даже попали на первую полосу New York Times.
Это все эукариоты, от кошек на деревьях
Идеи Weeze также бросил для ученых основой для объяснения происхождения эукариот. Эукариоты-это самый молодой из трех доменов. В то время как возраст бактерий и архей может быть больше, чем 3 млрд лет, эукариоты появились около 2 миллиардов лет назад.
Но как и почему это произошло? Они вышли эукариоты от архей или бактерий? Потому что клетки эукариот стали большие и сложные, а другие нет?
Возможно, главный ключ дает небольшое заведение, внутри эукариотических клеток под названием «митохондрии». Эти предметы в форме колбасы являются источником энергии в клетки; без них эукариотических клеток, не может вырасти до больших размеров.
Десять лет перед тем, как Weeze опубликовал свое дерево жизни, биолог Линн Маргулис думать, что митохондрии произошли от бактерий. Каким-то образом эти бактерии оказались внутри других, более крупных клеток, в которых постепенно митохондрии. В 1978 году, через год после исследования Веце, идеи Маргулис были подтверждены экспериментально.
Это означает, что первый эукариот должен сформировать, когда клетка-носитель поглощается бактериями. Как только это произошло, между ними установились длительные и взаимовыгодные отношения.
Но это поднимает очевидный вопрос. Какая была клетка-поддержка? Если бы это был другой бактерия или архея?
Самый простой способ решения этой проблемы состоит в том, чтобы взять лист из книги Веце и увидеть генов эукариот. Для которой больше похожи: архей или бактерий? Это может дать совет на тему группы, от которых они произошли. Но этот вопрос гораздо сложнее, чем вы могли бы подумать. Типичный геном эукариот содержит смесь генов бактерий и архей, но также генов, характерных для эукариот.
В 2010 году стало очень заметно, что клетка-носитель археей.
Но проблема осталась. Ни одна из известных археи не был похож на клетку держатель, не было для этого приспособлено. Не хватало генетики и структур, необходимых для выполнения носителем другой ячейке.
«Открытие Локи изменился», — говорит Эттема.
Когда Локи был найден в 2015 году, один раз отнести к археям. Но это было археей, что было немного удивительно сходство с эукариотами.
«Это первый прокариота с кирпичами эукариот», — говорит Эттема. «Мы нашли батарею 100 генов, непосредственно связанных с эукариот».
В частности, в геноме Локи есть гены белка под названием малые ГТФазы. Важно, чтобы форма и движение клетки. Например, эукариотические клетки являются «скелет», который поддерживает их форму, и малые ГТФазы шкафа этот скелет. Они также регулируют наборов протеинов, которые позволяют мембран поклон.
Митохондрии — источники энергии клеток эукариот
То, Локи есть эти гены, говорит, что, как и эукариот, имеют внутренний скелет, — и вы можете сложить его внешнюю мембрану, чтобы поглощать бактерии. Это делает его пригодным клетка вектор, или, по крайней мере вблизи его сходство.
Может быть, Локи принадлежит к группе архей, что почти удалось стать эукариот, но не до конца. Эттема в шутку называет «не удалось эукариотой».
Казалось бы, история развивается очень убедительно. Но есть большая проблема.
Все, что команда Эттемы нашли на дне океана, было фрагментов генов Локи. Они никогда не видели больше, чем Локи и не удалось создать в лаборатории.
Так что мы не знаем, выполняют малые ГТФазы Локи те же функции, и в эукариотах. Единственный способ выяснить это, чтобы изучать живые клетки Локи.
Будет трудно, даже если кто-то будет в состоянии найти несколько клеток Локи. Эти микробы, которые живут в глубоком море, где питательные вещества не достаточно, и микробы растут медленно.
В то же время другие ученые опираются на доказательства, полученные от Локи, чтобы прояснить наши идеи на тему происхождение эукариот.
Археи могут быть предками эукариот, как и мы
После открытия Локи клеточный биолог Buzz Baum из Университетского колледжа Лондона в великобритании и его команда сделали несколько предположений о том, как первые эукариоты могут быть из самых простых и археи. В статье, опубликованной в июне 2016 года в Тенденциях в области клеточной биологии, изучили эукариот-подобные гены присутствуют в геноме Локи, в частности малых и ГТФазы.
В эукариотических GTP-белки, участвующие в транспортировке материала через мембрану в клетку. Каждый ГТФаза это «липиды» для этого: малые молекулы жира, которые позволяют подключить его к мембранам. Без этих якорей липидов, ГТФаза не будет в состоянии выполнять свою работу.
Геном Локи не имеет инструменты, необходимые для добавления липидов с белками ГТФазы. Это означает, что если Локи действительно показывает нам, каким был предок эукариот, предок мог и не использовать ГТФазы таким образом. Эта способность нужно было как-то купить.
Бактерии на самом деле являются вполне возможными предшественниками добавляет липидов техники. Таким образом, археи, каким-то образом собрали ферментов, липидов, изменения в бактериях.
Баум утверждает, что это не могло произойти случайно. Если ахав взял сразу столько новых генов, его клеточные процессы будут нарушены, и будет вероятно, смерти.
Более вероятно, возможность того, что археи и бактерии изначально создали устойчивый партнерстве, а затем постепенно передать генетический материал и липидов, немного за один раз. Что такое стабилизированное партнерство может привести к развитию внутренних отсеков и управления мембраны.
Клетки эукариот очень сложные
Другими словами, происхождение эукариот-это был медленный процесс. «Поглощение» бактерии, если он был, это только один шаг. И Баума даже интересная идея, как это произошло поглощение.
Классическое представление включает процесс «снаружи внутрь», в которой архейный поддержка впитывается и «едят» бактерии, но по какой-то причине не переварил его. Трудно понять, как это могло произойти: если архея съела кусочек пищи, потому что не переварила?
Таким образом, в 2014 году Баум и его коллега Дэвид Баум предложил альтернативу, которая была названа моделью «изнутри наружу». И еще, был построен на предположении, что объединение двух клеток не была неожиданной.
Бактерии можно найти везде на Земле
Baum предполагает, что архейный поддержки, в первую очередь, выпустила процессов в сторону бактерий. Эти руководства не были попыткой съесть бактерии: вместо этого, они позволили обмениваться контентом между двумя клетками.
В конце концов, achat hotel создается все больше и больше гидов, до тех пор, пока не будет полностью обволокла бактерии. Эти выступы с одной клетки, и она объединилась с другой и непрерывного образования наружного слоя. На данный момент трудно сказать, если верны идеи Баума. Но если Эттема сможете найти более родственников Локи, мы могли бы получить достаточно информации, чтобы быть уверенным.
В последние месяцы, Эттема нашли новых родственников локи, тесно связаны с эукариотами. Работа еще сырой, но уже сообщается, что другие археи имеют даже некоторые из строительных блоков эукариот.
И пока сложно сказать, что эти странные микроорганизмы, которые способны рассказать о происхождении эукариот. Когда Локи или что-то подобное будет, наконец, изолированные, будем в состоянии понять, как вы живете и для которой использует эукариотоподобные белка. А это, в свою очередь, говорит нам о микроорганизме, который, в конце концов он отдал свою жизнь за всех нас.
Микроб, который никто не видел, может объяснить наше происхождение
Илья Хель