Статьи

Как в процессе эволюции появились на свет сложно устроенные эукариотические живые клетки? Ключ к вопросу, на который до сих пор не найдено окончательного ответа, по всей вероятности, скрыт на глубине океана.

Об удивительном открытии своих коллег на гидротермальном поле, носящем название «Замок Локи» — рассказал в интервью Георгий Виноградов, старший научный сотрудник Института океанологии РАН.

Замок Локи? Уже одно название этого подводного царства обещает немалые сюрпризы.

Да, именно так назвали большое гидротермальное поле, расположенное на Срединно-Атлантическом хребте, между Норвегией и Гренландией, неподалеку от Исландии на 190 километров севернее ранее найденных полей гидротерм. Большинство из таких полей находится на срединных океанических хребтах, там, где расходится земная кора, где близко к поверхности возникают очаги-карманы магмы, которые подогревают воду и запускают весь гидротермальный цикл. 

На полях гидротерм развивается  совершенно удивительная фауна. Гидротермы ищут вдоль подводных хребтов, теперь мы знаем несколько таких объектов вдоль всего Атлантического срединного хребта, в Индийском океане, Северном Ледовитом океане. И это вот недавняя находка в Норвежском море, на севере, там, где граничат хребет Книповича и хребет Мона.

Это очередное гидротермальное поле, достаточно глубоководное для того, чтобы на нем появлялась специфическая гидротермальная фауна. Ученые назвали новую гидротермальную систему «Замок Локи», так как столпообразные минеральные образования высотой более 12 м напомнили участникам экспедиции башни древнего замка, хозяином которого вполне мог быть злокозненный скандинавский бог — Локи.

Предварительные исследования показали, что на территории «Замка Локи» находится уникальная экосистема, населенная микроорганизмами и животными. И вот на этом поле, не на самой горячей гидротерме, а неподалеку от нее, в зоне, где осадки подвержены ее влиянию, но уже кипения и бурления геотермального нет, взяли очередную пробу грунта на изучение геномов того, кто в этом грунте может обитать.

- Выделять геномы предполагалось прямо из проб грунта?

В последнее время получил развитие новый метод исследований, называемый «метагеномика». Он заключается в том, что объектом исследования является не культура, к примеру, каких-то бактерий, а «метагеном» — генетический материал, получаемый напрямую из образцов среды. Метагеномика работает с набором всех ДНК, находящихся в среде — например, в пробе подводного грунта.

Это очень удобно для исследования морских глубоководных микроорганизмов. Нам не нужно «ловить» некое конкретное создание, растить его в культуре, а просто вот берут пробу осадка какого-то, например со дна, и начинают обращаться с ним так, как будто это — проба живого существа.

Выделяют ДНК, делают сиквенсы, то есть изучают некие геномы, которые есть в этом осадке. Конечно, для описания нового живого существа этого мало. Если это бактерия, то надо добыть, культивировать, и тогда можно описывать. Но для того, чтобы установить существование некого нового вида, этот метод хорошо годится.

— Значит, зачерпнули порцию грунта во владениях Локи, секвенировали из него ДНК, и тут — сюрприз.

И немалый. Было сделано настоящее очень интересное открытие. Статью об этом  опубликовал журнал Nature.

Сначала немножко ликбеза. Мы все знаем, что существуют прокариотические и эукариотические клетки. У прокариотических клеток ядра как такового нет, есть только ядерная область, ДНК у них кольцевая, внутренних органелл нет тоже. Так устроены, например, современные бактерии.

Эукариоты — с ядром, митохондриями, если у растений — то с хлоропластами. ДНК эукариот находится в настоящем ядре — отсюда и название. Эукариотические клетки называют еще комплексными клетками.

Понятно, что когда-то в глубинах развития живого на Земле, эукариоты получились из прокариот. Есть разные гипотезы насчет того, как это произошло. Наиболее популярная — что эукариотическая клетка — это результат симбиоза прокариотических клеток, одни из которых превратились в митохондрии, другие — в хлоропласты, и так далее, и получилась сложная эукариотическая клетка-организм.

А среди прокариот-бактерий уже давно была известна группа таких интересных микроорганизмов, которые долго назывались архебактерии, которые живут обычно во всяких экстремальных местах типа горячих источников, и других, где происходит процесс хемосинтеза. И уже довольно давно, занявшись исследованием их генома, ученые обнаружили, что вообще, по молекулярным данным, они к эукариотам не ближе, чем к бактериям.

И от бактерий их надо отделять совершенно четко. И поэтому совершенно четко надо различать: есть эукариоты, есть бактерии и есть вот эти третьи, которых назвали «археи».

Те самые, которые живут в горячих источниках, обладают по молекулярным данным, чертами скорее эукариотическими,  но по всей морфологии, по отсутствию некоторых внутренних структур, находятся гораздо ближе к бактериям, хотя имеют и уникальные черты, отличающие их и от тех, и от других. Это уже тонкости биохимии.

И вот в прошлом году большая международная команда во время экспедиции берет пробы грунта у Замка Локи. И в результатах анализа ДНК получаются у них потрясающие вещи. Обнаруживают геном археи — вроде бы, археи, хотя по молекулярным данным он оказывается гораздо ближе к геному эукариот, чем какой бы то ни было ранее обнаруженный архейский геном.

Более того, судя по генам, в этой бактерии присутствуют белки, которые отвечают за строительство тех самых внутренних структур, которые делают клетку эукариот комплексной. И которые нужны только тогда, когда в клетке такие структуры есть.

И значит, у этой «лок-археи», которая еще не найдена, ее еще не смогли добыть как таковую, есть некое сходство с внутренними структурами, которые считались характернейшими чертами эукариот, эукариотической клетки. Некоторые тяжи клеточного «скелета», и вроде бы, у них даже должны быть лизосомы, которые есть у эукариот, а у прокариот нет. А здесь есть белки, которые характерны для стенок лизосом.

— Значит, саму загадочную «лок-архею» пока не обнаружили, но зато уверенно взяли ее след?

Да, такой вот «биослед», геном. Судя по всему, нашли тот самый «мостик», который соединяет прокариот с эукариотами. То есть в их родстве и так никто не сомневался. Но вот сейчас обнаружили существо, которое, очевидно, является таким переходным звеном.

Это удивительное и очень важное открытие. Вероятно, это создание могло сохраниться в неизменном виде с незапамятных времен, сохранить древнейшие черты. Гидротермы оказались для него таким убежищем, рефугиумом. Потому что эта ниша мало кем востребована.

- Теперь есть задача найти само это существо?   

Все самое интересное еще впереди. Естественно, за это открытие сейчас ухватились. Думаю, эту «лок-архею» успешно удастся найти, поднять со дна морского, культивировать, изучить морфологию, и тогда уже можно будет говорить о еще более интересных вещах. Это — безусловно будет описание нового типа архей.

В биологии, особенно с появлением метода метагеномики, появилась такая очень интересная систематическая единица, «кандидат в таксоны». Потому что чтоб описать таксон, нужна культура, а тут мы говорим, что такой таксон есть, и мы его даже называем, но описать пока не можем. И они для этого специально выделили статус «кандидат в таксоны» — типа «лок-археи».

— Метод метагеномики дает возможность вот так предсказывать существование неизвестных форм жизни. И даже прогнозировать их устройство?

На самом деле, это удивительная вещь — предсказывать существование нового живого существа по одному лишь его генн­­ому следу.  Еще недавно на этой ниве резвились фантасты — когда мы по генам моделируем живое существо. И вот теперь этим занялись серьезные ученые. Когда мы эту «зверюшку» найдем, наверное, так оно и будет. Так что бог Локи выкинул шуточку вполне в своем стиле.

Беседовала Екатерина Головина