Каждый из нас — от человека до крошечной амебы — состоит из сложных клеток, называемых эукариотическими. У них есть ядро, митохондрии и целый арсенал внутренних «органов». Но так было не всегда. Миллиарды лет назад Землю населяли лишь примитивные одноклеточные — бактерии и археи. Как же произошел тот невероятный скачок, который в конечном итоге привел к появлению растений, животных и нас с вами? Ответ на этот фундаментальный вопрос может скрываться в соленых, выжженных солнцем водах австралийского залива Шарк.

Недавнее открытие показало, что два вида микробов вступили там в поразительно тесный союз, который выглядит как живая реконструкция событий двухмиллиардной давности.

Машина времени в прошлое Земли

Залив Шарк (или Гатаагуду на языке местных жителей) — это не просто красивое место. Это природная лаборатория, окно в доисторический мир. Вода здесь настолько соленая, а ультрафиолетовое излучение так сильно, что условия напоминают раннюю Землю. В этой суровой среде процветают микробные маты — слоистые, слизистые «ковры», построенные сообществами микроорганизмов.

Эти маты со временем формируют строматолиты — каменные структуры, которые считаются одними из древнейших свидетельств жизни на нашей планете. Изучая современных обитателей этих матов, ученые могут, словно заглядывая в прошлое, увидеть, как могли жить и взаимодействовать древние микробы. Как говорит Брендан Бёрнс из Университета Нового Южного Уэльса, «кажется, всё на свете пытается их уничтожить, но они всё равно выживают». Именно эта невероятная стойкость и делает их идеальными объектами для изучения.

Неожиданный союз: бактерия и потомок богов

В лабораторных условиях, имитирующих гиперсолёную среду залива, учёные вырастили удивительную пару. После четырёх лет культивирования в живых остались только два вида: бактерия Stromatodesulfovibrio nilemahensis и архея Nerearchaeum marumarumayae. И это не простое соседство.

Археи — это отдельный домен жизни, внешне похожий на бактерий, но биохимически совершенно иной. Конкретно эта архея относится к группе Асгард, названной так в честь обители скандинавских богов. И неслучайно: именно эти микробы сегодня считаются нашими ближайшими одноклеточными родственниками. Согласно ведущей научной теории, эукариотическая клетка родилась, когда древняя архея поглотила бактерию, но не переварила её, а вступила с ней в симбиоз. Эта бактерия со временем превратилась в митохондрию — энергетическую станцию наших клеток.

Анализ геномов двух микробов из залива Шарк показал, что они идеально дополняют друг друга. Бактерия производит аминокислоты и витамины, в которых нуждается архея. Архея, в свою очередь, вырабатывает водород и другие соединения, необходимые бактерии. Они создали систему, в которой выжить поодиночке им было бы гораздо сложнее. Это и есть классический симбиоз в действии.

Мосты между мирами: как микробы «общаются»?

Но самое поразительное — это то, как они взаимодействуют. Под микроскопом исследователи увидели нечто невероятное: крошечные трубочки, которые бактерия, словно мосты, протягивает к клетке археи. Учёные назвали их нанотрубками.

«Мы наблюдали маленькие трубки, которые, по-видимому, создаются бактерией и напрямую соединяются с внешней стороной клетки Асгарда», — объясняет Иэн Даггин из Технологического университета Сиднея.

Рядом с этими мостиками архея формирует цепочки везикул — крошечных мешочков для транспортировки веществ. Картина вырисовывается следующая: два совершенно разных организма строят сложную систему для обмена ресурсами. Возможно, нанотрубки слишком тонки для прямой перекачки молекул, но они могут служить для скрепления клеток, создавая прочный «многоклеточный союз», который облегчает обмен жизненно важными продуктами.

Это наблюдение уникально. Мы впервые видим настолько тесное физическое взаимодействие между бактерией и археей из группы Асгард — потенциальным предком всех нас. Это может быть именно тот промежуточный этап, который предшествовал полному слиянию двух клеток.

Война или мир? Не всё так однозначно

Конечно, научное сообщество подходит к таким громким заявлениям с осторожностью. Как отмечает Базз Баум из Лаборатории молекулярной биологии в Кембридже, мир микробов сложен: «Бактерии и археи то воюют, то мирятся друг с другом. Они соприкасаются, обмениваются, борются — и кто знает, что там на самом деле происходит».

К тому же, как справедливо указывает Пури Лопес-Гарсия из Университета Париж-Сакле, мы имеем дело с современными микробами. Они прошли миллиарды лет собственной эволюции и могут сильно отличаться от своих древних предков.

Тем не менее, даже если это не точная копия древнего партнёрства, это его живой аналог, модель, которая позволяет нам выдвигать и проверять гипотезы. Сам факт того, что эти два организма «неплохо ладят» в культуре уже много лет, говорит в пользу мира, а не войны.

Шаг к разгадке великой тайны

Открытие в заливе Шарк — это не финальный ответ, а скорее яркая, живая глава в книге о происхождении сложной жизни. Вдобавок ко всему, исследователи обнаружили в геноме археи код для гигантского, ранее неизвестного белка, который имеет отдаленное сходство с белками в мышцах человека. Это еще одна ниточка, ведущая в глубокое прошлое.

Мы, возможно, никогда не узнаем в деталях, как выглядели те самые клетки, которые объединились два миллиарда лет назад. Но благодаря таким исследованиям, как говорит Роланд Хатценпихлер из Университета штата Монтана, «сейчас мы как никогда близки к истине». И эта истина, похоже, скрывается в солёной воде, среди живых камней на краю австралийского континента.