Три миллиарда лет назад на Земле все было по-другому. Во-первых, повсюду не было всего этого кислорода - первым цианобактериям пришлось найти способ жить на вулканическом углекислом газе, воде и солнечном свете. Эти древние организмы жили анаэробно, без кислорода. Как ни странно, сегодня мы дышим той атмосферой, которую они сделали возможной для нас, потому что побочный продукт их производства пищи - кислород - в конечном итоге обогнал атмосферу Земли. Анаэробные организмы были вынуждены жить в бескислородных уголках планеты и оставаться простыми и одноклеточными.
Это животное, но без митохондрий
Однако, когда есть правило, обычно есть и исключение, и группа ученых обнаружила маленького паразитического книдария - родственника медузы - который, по-видимому, не использует кислород для дыхания. Они опубликовали свои выводы в выпуске Proceedings of the National Academy of Sciences от 24 февраля 2020 года.
Это животное, Henneguya salminicola, представляет собой крошечного паразита с инопланетной головой и длинным хвостом, который питается мышечной тканью лосося и других рыб. Это эукариот - представитель обширной группы организмов, в которую входит большинство живых существ, видимых невооруженным глазом: животные, растения, грибы и т. д. Клетки эукариот содержат всевозможные причудливые органеллы, которых нет у их более примитивных собратьев., у прокариот нет. Одной из таких органелл являются митохондрии, структура с собственным крошечным геномом, отдельным от остального организма, которую эукариотические клетки используют для производства энергии с помощью кислорода.
Но в более крупных группах, которые мы называем «эукариотами», есть несколько одноклеточных, неживотных видов, которые являются анаэробами. У них нет митохондрий, но есть то, что ученые называют «органеллами, связанными с митохондриями»." Henneguya salminicola - первое животное, обладающее этой особенностью.
Все это очень странно, но как они дошли до такого?
Эволюция аномалии
«У предков Henneguya почти наверняка были митохондрии», - говорит в интервью по электронной почте соавтор исследования Стивен Аткинсон, профессор-исследователь кафедры микробиологии Орегонского государственного университета. «У всех его ближайших родственников есть митохондрии, поэтому эволюция к анаэробному образу жизни и потеря функциональных митохондрий, по-видимому, является недавней адаптацией только этого вида - по крайней мере, о том, что нам известно на данный момент!»
В клетках типичных животных митохондрии используют кислород в многоступенчатом процессе для создания химической энергии. Исследовательская группа обнаружила, что паразит просто должен был адаптироваться к среде с очень небольшим количеством доступного кислорода. Без необходимости в митохондриях она потеряла генетические инструкции, по крайней мере, для нескольких частей процессов, в которых используется кислород - например, Henneguya salminicola потеряла свой митохондриальный геном, который необходим другим животным клеткам, потому что они содержат инструкции по использованию кислорода. Потеряв геном, паразит экономит энергию, поскольку ему не нужно копировать гены для вещей, которые ему больше не нужны.
Но как он вообще может выжить без кислорода?
«Мы предполагаем, что вместо этого он должен поглощать молекулы, связанные с производством энергии, из клеток-хозяев, которые уже выполнили часть обработки», - говорит Аткинсон. «Кража чего-либо у хозяина - основа паразитизма!»
Что значит быть животным?
Как и многие важные открытия, это открытие было совершенно неожиданным - исследователи надеялись сравнить геномы двух маленьких паразитов, и каждый раз, когда они пытались запустить геном Henneguya salminicola, явно происходило что-то очень странное. Изучив его глубже, они обнаружили, что в его клетках есть небольшой пустой мешок, где когда-то могли быть митохондрии.
«Это открытие расширило наше понимание того, что значит быть «животным», показав, что даже сложная жизнь может эволюционировать таким образом, чтобы преуспеть в среде без кислорода», - говорит Аткинсон.«Знание о том, что анаэробные животные могут существовать, предупреждает нас о том, что мы должны следить за этим у других видов - и, возможно, искать животных в анаэробной среде там, где мы никогда бы не заглянули раньше. В частности, для исследования миксозойных паразитов это означает, что мы отныне будут искать необычные или отсутствующие митохондрии у других видов, чтобы попытаться обнаружить связи между хозяевами, тканями и окружающей средой, которые приводят к потере митохондриальной функции, чтобы воспользоваться преимуществами анаэробного метаболизма."
Открытие анаэробных механизмов у этих паразитов также может открыть новые возможности для лечения, поскольку для борьбы с другими анаэробными паразитами используются специальные препараты.
Интересно
Двумя другими эукариотами, утратившими свои митохондрии, являются лямблии, кишечные паразиты, и паразиты, вызывающие трихомониаз, передающийся половым путем, или «трих», называемый Trichomonas vaginalis.