Ученые раскрыли роль кислорода в появлении сложных форм жизни на Земле

Вопрос о том, как на нашей планете возникли сложные организмы, давно волнует ученых. До недавнего времени считалось, что ключевым моментом стало объединение двух совершенно разных микробов: один из них умел использовать кислород, а другой обходился без него. Именно из этого союза, по мнению специалистов, и появились первые эукариоты - предки всех растений, животных и грибов.

впрочем новая работа, опубликованная в журнале Nature, заставила пересмотреть привычные представления. Оказалось, что микробы, наиболее близкие к нашим далеким предкам, вполне могли жить в средах, где кислород был доступен. Более того, они обладали целым набором биохимических путей, связанных с использованием кислорода. Это открытие буквально переворачивает устоявшуюся картину происхождения сложной жизни.

В центре исследования оказались археи группы Asgard - загадочные микроорганизмы, впервые обнаруженные в морских осадках. До сих пор большинство изученных представителей этой группы ассоциировались с бескислородными условиями. Именно поэтому долгое время считалось, что объединение микробов, приведшее к появлению эукариот, произошло в среде, где кислорода почти не было.

Но теперь ученые собрали тысячи геномов микробов из морских отложений, что позволило им почти вдвое увеличить известное разнообразие Asgard-архей. Особое акцент уделили подгруппе Heimdallarchaeia - именно она считается ближайшей к эукариотам. Генетический анализ показал: эти микробы не только не боятся кислорода, но и активно используют его в своих метаболических процессах.

Интересно, что эти открытия совпадают с важными изменениями в атмосфере Земли. На протяжении миллиардов лет кислорода в воздухе практически не было. Лишь около 2,4 миллиарда лет назад произошел так называемый Великий кислородный скачок, после которого содержание кислорода стало постепенно расти. Вскоре после этого в геологических слоях появились первые следы эукариот.

Если часть предков Asgard уже умела использовать кислород, то рост его концентрации в атмосфере мог дать этим организмам огромное преимущество. Кислородный обмен обеспечивает в разы больше энергии, чем анаэробные процессы. Это значит, что микробы, освоившие новый способ получения энергии, получили шанс на бурное развитие и усложнение клеточного строения. Вместо того чтобы быть препятствием, кислород мог стать катализатором для объединения двух разных организмов.

Исследование стало возможным благодаря масштабной работе по секвенированию ДНК. Ученые обработали около 15 терабайт данных, собрав более 13 тысяч микробных геномов. В результате были обнаружены сотни новых представителей Asgard, что позволило построить более точное «семейное древо» этой загадочной группы и выявить ранее неизвестные белки.

Чтобы понять, как работают эти белки, специалисты обратились к искусственному интеллекту. С помощью системы AlphaFold2 они спрогнозировали трехмерную структуру белков, что дало ключ к пониманию их функций. Оказалось, что некоторые белки Heimdallarchaeia очень похожи на те, что отвечают за кислородный обмен у современных эукариот.

Как пишет Peterburg2, эти результаты меняют взгляд на эволюцию сложной жизни. Предки эукариот, вероятно, не были ограничены бескислородными условиями, а наоборот - были готовы воспользоваться преимуществами меняющейся атмосферы. Это открывает новые горизонты для исследований и заставляет по-новому взглянуть на историю жизни на Земле. Ранее мы писали: «Артефакт из Египта: отпечаток руки мастера раскрывает тайны древности».