Учёные обычно согласны с тем, что сложные формы жизни появились после того, как два очень разных микроорганизма образовали тесное партнёрство. Это слияние в конечном итоге привело к появлению растений, животных и грибов, известных под общим названием эукариоты. Однако один ключевой вопрос оставался без ответа в течение многих лет. Как эти два организма встретились, если один из них нуждался в кислороде для выживания, а другой, как считалось, мог процветать только в бескислородной среде?

Исследователи из Техасского университета в Остине сообщают о свидетельствах, которые могут решить эту загадку. В статье, опубликованной в журнале Nature, команда учёных сосредоточилась на группе микроорганизмов под названием Asgard archaea (асгардов), которые считаются близкими родственниками предков сложных форм жизни. Хотя большинство известных асгардов обитают в глубоководных или других бескислородных средах, новое исследование показывает, что некоторые представители этой группы могут переносить или даже использовать кислород. Это открытие подтверждает давнюю теорию о том, что сложные формы жизни развивались, как и предполагалось, вероятно, в среде, где присутствовал кислород.

«Большинство современных асгардов обитают в средах, лишённых кислорода, — поясняет Бретт Бейкер, доцент кафедры морских наук и интегративной биологии Техасского университета. — Но оказалось, что те из них, которые наиболее близки к эукариотам, живут в местах с кислородом, таких как мелкие прибрежные отложения и плавающие в толще воды, и у них есть много метаболических путей, использующих кислород. Это позволяет предположить, что наши эукариотические предки, вероятно, тоже обладали этими процессами».

Команда Бейкера изучает геномы архей асгардов, чтобы идентифицировать новые ветви этой группы и лучше понять, как эти микробы генерируют энергию. Их последние открытия согласуются с тем, что геологи и палеонтологи выяснили путём реконструкции о ранней атмосфере Земли.

Более 1,7 миллиарда лет назад уровень кислорода в атмосфере был чрезвычайно низким. Затем концентрация кислорода резко возросла во время того, что учёные называют Великим окислением, в конечном итоге приблизившись к уровням, схожим с сегодняшними. В течение нескольких сотен тысяч лет после этого резкого увеличения в палеонтологической летописи появляются самые ранние известные микроокаменелости эукариот. Такая близость во времени позволяет предположить, что кислород, возможно, сыграл решающую роль в появлении сложной жизни.

«Тот факт, что некоторые из асгардов, которые являются нашими предками, могли использовать кислород, очень хорошо вписывается в эту картину», — сказал Бейкер. «Кислород появился в окружающей среде, и асгарды адаптировались к этому. Они обнаружили энергетическое преимущество использования кислорода, а затем эволюционировали в эукариот».

Согласно преобладающей модели, эукариоты возникли, когда асгарды вступила в симбиотические отношения с альфапротеобактерией. Со временем эти два организма слились в одну клетку. Альфапротеобактерия в конечном итоге эволюционировала в митохондрии — структуры внутри эукариотических клеток, которые производят энергию.

В этом исследовании учёные значительно расширили известное генетическое разнообразие асгардов. Они идентифицировали определённые группы, в том числе Heimdallarchaeia, которые особенно тесно связаны с эукариотами, но сегодня относительно редки.

«Этих асгардов часто упускают при секвенировании с низким покрытием», — сказала соавтор исследования Кэтрин Эпплер, постдокторский исследователь в Институте Пастера в Париже, Франция. «Массивные усилия по секвенированию и наслоение методов секвенирования и структурных методов позволили нам увидеть закономерности, которые были невидимы до этого расширения генома».