Ученые зафиксировали событие, которое по их словам происходило на Земле только три раза. Морская бактерия прокариот была заключена в другой простейший организм-водоросль, после чего эти два организма настолько эволюционировали, что теперь их можно считать одним одноклеточным организмом (эукариотом) с новой органеллой. Напомним, что эукариотами называются сложные одноклеточные организмы с органеллами, чья ДНК находится в мембраносвязанном ядре. Из этих организмов в свое время эволюционировала сложная многоклеточная жизнь. Слияние двух организмов в один является невероятно редким событием, которое происходит один раз в сотни миллионов или даже миллиард лет.

Ученые зафиксировали появление новой формы жизни, в четвертый раз за всю историю Земли

Сложная жизнь возникла из эукариотов

Ранее мы рассказывали о том, что жизнь на Земле по сей день могла бы оставаться в виде простейших одноклеточных организмов прокариотов, которые не имеют мембранного ядра. Однако у эволюции появился шанс благодаря одному случайному событию — древняя архея поглотила бактерию, и они начали эволюционировать вместе. В результате появились сложные одноклеточные организмы с органеллами, которые смогли развиться в многоклеточные организмы.

Таким образом, между самыми первыми одноклеточными (прокариотами) и более поздними (эукариотами), такими как инфузория туфелька, существует огромная разница. Последние хоть и состоят из одной клетки, но представляют собой сложнейший организм. Первым прокариотом, который эволюционировал, по мнению ученых, были асгардские микробы.

На Земле снова зародилась жизнь

Ученые обнаружили известную структуру в сложных клетках, поглощающую азот из атмосферы и преобразовывающую его в форму, которую клетка может использовать для своего жизнеобеспечения. Эту новообретенную часть клетки, то есть новую органеллу, ученые назвали “нитропластом”. Согласно последним исследованиям, нитропласт возник 100 миллионов лет назад.

Клетка морской водоросли с новой органеллой нитропластом (указана срелочкой)

Давно известно, что бактерии и водоросли живут в симбиозе друг с другом. Микробы поставляют азот в той форме, которую водоросли могут поглощать для своего жизнеобеспечения. Водоросли же в свою очередь обеспечивают микробов домом для жизни. Однако исследования, опубликованные в журналах Cell и Science показало, что микроб принял новую форму, и теперь является неотъемлемой частью клеточной структурой, проще говоря органеллой, играющей ключевую роль в метаболизме водорослей. Соответственно органелла реплицирует, то есть делится, вместе с клеткой.

Это открытие стало четвертым за всю историю Земли известным фактом “первичного эндосимбиоза”, то есть превращением прокариотической клетки в органеллу эукариота. Правда, в данном случае прокариота поглотил организм, который и до этого события был эукариотом, но теперь клетка стала еще более сложной.

Ученые вначале обнаружили, что бактерия UCYN-A, ставшая нитропластом, имеет схожие соотношения размеров, что и клетка-хозяин. Это указывает на переплетение их метаболизма. Одинаковое соотношение размеров — это характерный признак всех органелл, в том числе митохондрий и хлоропластов.

Деление клетки водоросли в месте с органеллой нитропластом (выделена синим цветом)

В другом исследовании ученые обнаружили, что UCYN-A импортирует белки из клетки-хозяина, что также является отличительной чертой развития органелл. Как поясняют ученые, бактерии внутри клетки-хозяина начинают выбрасывать кусочки своего ДНК, в результате чего их геномы становятся все меньше и меньше. Поэтому они начинают зависеть от материнской клетки в плане транспортировки белка.

Исследование показало, что многие белки, от которых зависит правильное функционирование UCYN-A, производятся в водорослях-хозяевах и затем импортируются. Проще говоря, бывшая бактерия максимально интегрировалась в клетку, в результате чего стала ее не отъемной частью.

Сколько раз на Земле возникали сложные одноклеточные организмы

По мнению ученых, первый раз одноклеточный организм поглотил другой организм 1,5 миллиарда лет назад. Именно это событие привело к возникновению всей сложной жизни, так как в результате этого эндосимбиоза в клетках возникли митохондрии. Еще их называют электростанциями клеток, потому что они обеспечивают их энергией.

Растения на Земле возникла благодаря эндосимбиозу, произошедшему 1 миллиард лет назад

Второй случай произошел миллиард лет назад, в результате чего возникли хлоропласты, обеспечивающие фотосинтез. С этого момента началась эволюция растений. Третье событие было не таким знаковым, как предыдущие два — оно привело к появлению органеллы, известной как хроматофор. Клетки с хроматофором имеются в коже головоногих моллюсков, таких как кальмары и осьминоги. Благодаря этой органелле они могут менять цвет.

Напоследок отметим, что впервые ученые обнаружили бактерию, ставшей нитропластом, еще в 1988 году. Однако тогда они еще не знали, что микроб трансформировался в полноценную органеллу. Теперь же это не вызывает сомнения. Теперь ученые подозревают, что существуют и другие примеры слияния двух организмов в одно, однако о них пока просто неизвестно.