Открытие, перевернувшее представление о жизни: как ученые нашли эукариоты без митохондрий
Люди, рыбы, насекомые и многие другие живые организмы относятся к эукариотам, прочие называются прокариотами. Сами слова «эукариот» и «прокариот» говорят о наличии или отсутствии клеточного ядра, которое содержит ДНК, но до сих пор считалось, что кроме ядра эукариоты обязательно имеют и другие органеллы — митохондрии. Их задача — снабжать клетки энергией за счет окисления органических веществ.
По общепринятой версии митохондрии — это «ассимилировавшиеся мигранты» наших клеток: древние прокариотические одноклеточные, не умевшие пользоваться кислородом для окисления органики, «запускали» внутрь себя бактерии, способные это делать. В ходе эволюции «трудовые мигранты» стали неотъемлемой частью эукариотической клетки. Именно поэтому у митохондрий имеется собственная ДНК (мтДНК), унаследованная от бактерий. В процессе эволюции и в основной ДНК эукариот появились связанные с мтДНК участки — гены, кодирующие белки, благодаря которым митохондрия формируется и функционирует.
С тех пор как было открыто происхождение митохондрий, ученые задавались вопросом: а разве этот способ — единственный, которым может развиваться жизнь? Неужели переход от прокариотов к эукариотам возможен только с помощью такого вот симбиоза? Симбиотическая теория была предложена еще в конце XIX века, и тогда же был начат квест. Биологи искали аналоговые эукариоты — те, что смогли выжить без митохондрий. В 80-х годах XX века была высказана гипотеза Архезоа о существовании целого класса одноклеточных, которые не претерпели стадию симбиоза с окисляющими бактериями, а пошли иным путем.
Их обнаруживали в пищеварительном и репродуктивном трактах разных животных; предполагалось, что в такой питательной среде они могут черпать энергию извне. В принадлежности к эукариотам без митохондрий подозревали, например, кишечную лямблию Giardia intestinalis, которая вызывает неприятные расстройства ЖКТ у человека, и некоторые другие виды. Возможно, в учебнике биологии вы читали о том, что науке известны эукариотические организмы без митохондрий — это значит, что учебник уже устарел. Последние исследования подтвердили, что митохондрии у лямблий когда-то были, просто редуцировались за ненадобностью. Об этом свидетельствуют недавно обнаруженные в ДНК «кандидатов в Архезоа» гены, отвечающие за кодирование протеинов митохондрий.
Но поиск альтернативной жизни продолжается, и недавно в Карловом университете в Чехии группа биологов занялась изучением вида Monocercomonoides, обнаруженного в кишечнике домашней шиншиллы сотрудницы лаборатории.
Принципиально важен метод, которые использовали чешские ученые: ведь недостаточно заглянуть в микроскоп и не найти митохондрий в клетке. Сначала пришлось полностью расшифровать геном Monocercomonoides, а затем, сравнив его с геномом эукариотической клетки, удостовериться, что у Monocercomonoidesполностью отсутствуют участки генома, ответственные за деятельность митохондрий. Результаты говорят о том, что у Monocercomonoidesмитохондрий нет и никогда не было. А значит, наша ветвь эволюции — не единственная.
Как Monocercomonoides получают энергию, пока неизвестно. В кишечнике шиншиллы, где они живут, много питательных веществ, но мало кислорода, поэтому ученые предполагают, что бактерии могут использовать для окисления пищи энзимы своей цитоплазмы.
Результаты исследования опубликованы в журнале Сurrent Biology.