Японские ученые выделили и вырастили в лаборатории два штамма архей из группы, которая считается ближайшей родней эукариот. Эукариоты — это все организмы со сложными клетками, в том числе животные, растения и грибы. Работа опубликована в Nature. Авторы из Японского агентства морских и земных наук и технологий (JAMSTEC) назвали новые микроорганизмы HC1 и SC1 и предложили для них имена Margulisarchaeum peptidiphilum и Flexarchaeum multiprotrusionum.
Считается, что сложные клетки возникли, когда одна из архей поглотила бактерию, из которой потом получились митохондрии — клеточные «энергостанции». Подходящих кандидатов на роль такой клетки-хозяина ищут среди асгардовых архей, которых теперь относят к типу Promethearchaeota. До сих пор удавалось вырастить лишь отдаленных родственников эукариот из этой группы, а самые близкие оставались известны только по фрагментам ДНК из природных проб. Новые штаммы принадлежат к линии Heimdallarchaeia, которая, по данным генетики, стоит к эукариотам ближе всех.
Микробов нашли в пленке на стенке газовой скважины на полуострове Босо в префектуре Тиба. В скважину поднимается соленая вода без кислорода, но из-за периодических выбросов уровень воды падает, и пленка ненадолго оказывается на воздухе. Чтобы сохранить такие условия, исследователи не стали добавлять в среду вещества, убирающие кислород. Пробы брали в 2019, 2020 и 2023 годах, а чистую культуру получили спустя три года после первого отбора. Растут микробы медленно. Для удвоения числа клеток штамму HC1 нужно 7–12 суток, штамму SC1 — 14–20 суток.
Выяснилось, что эти археи не могут жить сами. Они питаются белковыми частицами (пептидами), а побочный продукт этого процесса — водород — для них вреден, поэтому им нужен сосед-метаногенный микроб, который водород «съедает». Без него и без пептидов клетки не растут. Внутри клеток нет постоянных мембранных структур вроде ядра и других органелл, как у эукариот. Лишь изредка видны небольшие временные пузырьки. Поверхность клеток покрывают выросты, которыми они цепляются за партнеров. Если пищи больше, клетки не делятся быстрее, а становятся крупнее и отращивают больше выростов.
В геноме HC1 нашлись гены ферментов, которые у кислорододышащих организмов участвуют в дыхании, и ранее на основании наличия таких генов у родственных архей предполагали, что предок эукариот мог дышать кислородом. Но в опытах микроб не рос при кислороде, а сам кислород снижал его численность примерно в сто раз. Он выживал на воздухе только в компании бактерий, которые этот кислород поглощали. По мнению авторов, эти ферменты нужны для обезвреживания кислорода, а не для дыхания.
Из этого авторы делают вывод, что общий предок архей и эукариот, вероятно, жил без кислорода, питался пептидами, зависел от партнеров и не имел внутренних органелл, но обладал выростами. Переход к эукариотам, по их версии, потребовал резкого изменения строения клетки и адаптации к жизни с кислородом, причем первый контакт хозяина с предком митохондрий, вероятно, случился при низком содержании кислорода. Новые штаммы крупнее и растут быстрее, чем единственный ранее доступный для исследователей представитель группы, и авторы считают их перспективными модельными организмами для изучения того, как возникла сложная клетка.
