Обнаружен "невозможный" одноклеточный организм: бактерии, питающиеся другими бактериями, могут поставить под сомнение представление об эволюции клеток

Научный мир всколыхнуло открытие, совершенное исследовательской группой Йенского университета под руководством профессора Кристиана Йеглера. Они обнаружили прокариотические бактерии, способные к эндоцитозу — процессу поглощения других клеток. Этот феномен, до сих пор считавшийся исключительной прерогативой эукариот, организмов со сложной клеточной структурой, включающей ядро и другие органеллы, ставит под сомнение устоявшиеся представления об эволюции жизни на Земле и открывает перед нами новые горизонты для исследования. Ведь до сих пор считалось, что для осуществления эндоцитоза необходимы митохондрии — энергетические станции клетки, которыми прокариоты не обладают. Открытие «хищных» планктомицетов, способных к эндоцитозу без митохондрий, ставит под сомнение доминирующую теорию эукариогенеза, утверждающую, что сложные эукариотические клетки возникли в результате симбиоза двух прокариот — археи и бактерии, которая впоследствии эволюционировала в митохондрию.

Профессор Йеглер, микробиолог с многолетним опытом исследований, давно выражал скепсис по отношению к гипотезе симбиогенеза. Он считал маловероятным слияние двух прокариот в единый организм с точки зрения клеточной биологии, учитывая различия в их мембранных структурах и молекулярных механизмах. Его внимание было приковано к планктомицетам — группе необычных бактерий, демонстрирующих удивительное разнообразие форм и поведения. Эти микроорганизмы, обладающие сложными внутриклеточными мембранными структурами, всегда выделялись на фоне других прокариот и интриговали ученых своей необычностью.

Еще в 2014 году команда Йеглера, изучая микробное население Балтийского моря в районе Хайлигендамма, обнаружила планктомицеты, способные к изменению формы и «передвижению» по поверхностям. Это открытие укрепило убежденность профессора в том, что планктомицеты могут скрывать в себе ключ к разгадке тайны эукариогенеза. А в 2019 году японские ученые под руководством Такаши Ширатори описали планктомицеты, питающиеся другими бактериями, демонстрируя тем самым феномен прокариотического эндоцитоза. Это открытие, изначально воспринятое Йеглером с недоверием, послужило толчком к проведению собственного исследования с целью подтвердить или опровергнуть результаты японских коллег.

В ходе исследования ученые из Йенского университета выделили и охарактеризовали новый вид планктомицетов из Северного моря — Uabimicrobium helgolandensis. Эти бактерии, подобно своим японским «собратьям», также питаются другими бактериями, подтверждая тем самым существование прокариотического эндоцитоза. Этот факт опровергает устоявшиеся представления о невозможности эндоцитоза у прокариот и открывает новые перспективы для понимания эволюции этого важного клеточного процесса. Для подробного изучения молекулярных механизмов, лежащих в основе поглощения жертв Uabimicrobium helgolandensis, было проведено секвенирование генома этого микроорганизма.

Анализ генома Uabimicrobium helgolandensis позволил ученым сформулировать новые гипотезы о молекулярных механизмах, лежащих в основе поглощения жертв. Предполагается, что эти механизмы отличаются от тех, что используются эукариотами, и могут представлять собой более примитивную форму эндоцитоза. Возможно, именно такие примитивные механизмы были использованы первыми клетками, способными к поглощению других клеток, и послужили основой для развития более сложных форм эндоцитоза у эукариот. Таким образом, Uabimicrobium helgolandensis может рассматриваться как «живое ископаемое», сохранившее древние механизмы эндоцитоза, которые были присущи ранним формам жизни на Земле.

Профессор Йеглер сравнивает хищные планктомицеты с археоптериксом — ископаемой птицей, считающейся переходным звеном между динозаврами и современными птицами. По его мнению, планктомицеты могут представлять собой аналогичное «переходное звено» в мире микроорганизмов, проливая свет на ранние этапы эволюции и возможное происхождение самих эукариот. Изучение этих уникальных бактерий может привести к пересмотру устоявшихся представлений об эволюции жизни и помочь нам лучше понять, как возникли сложные клетки, из которых состоят все растения и животные, включая и нас самих.

Открытие хищных планктомицетов — это не просто еще один шаг вперед в понимании микробного мира. Это фундаментальное открытие, заставляющее нас переосмыслить устоявшиеся представления об эволюции жизни на Земле и открыть новые страницы в книге природы. Исследования в этой области продолжаются, и можно с уверенностью сказать, что нас ждут еще более удивительные открытия, которые помогут нам лучше понять историю жизни на нашей планете и, возможно, даже приведут к созданию новых биотехнологий, основанных на уникальных свойствах этих удивительных микроорганизмов.

Если эндоцитоз у прокариот возможен, то почему он не встречается чаще?

Хотя открытие Uabimicrobium helgolandensis доказывает возможность эндоцитоза у прокариот, этот процесс, вероятно, требует значительных энергетических затрат и сложного молекулярного аппарата. Возможно, эволюционно выгоднее для большинства прокариот использовать другие механизмы питания, такие как осмотрофия или поглощение растворенных органических веществ. Кроме того, необходимость конкурировать с более эффективными эукариотами могла ограничить распространение эндоцитоза среди прокариот.

Может ли открытие хищных бактерий привести к пересмотру всей теории эволюции?

Вряд ли это открытие приведет к полному пересмотру теории эволюции, однако оно может внести существенные коррективы в наши представления об эукариогенезе и ранних этапах развития жизни. Возможно, симбиоз не был единственным путем к возникновению эукариот, и существовали другие механизмы, такие как автогенез или более сложные формы симбиоза.

Как хищные бактерии переваривают свою добычу без митохондрий, которые обеспечивают энергию для этого процесса у эукариот?

Пока механизмы переваривания добычи у хищных бактерий не до конца изучены. Возможно, они используют другие метаболические пути или органеллы, аналогичные лизосомам эукариот. Дальнейшие исследования помогут раскрыть эту загадку.

Какие еще «невозможные» организмы могут скрываться в микробном мире?

Микробный мир полон загадок и неизученных организмов. С развитием новых методов исследования мы можем ожидать еще более удивительных открытий, которые будут продолжать расширять наши представления о жизни на Земле. Возможно, нас ждут открытия организмов с еще более необычными свойствами и способностями, которые заставят нас переосмыслить фундаментальные принципы биологии.