Халықаралық биологтар тобы жүргізген зерттеу нәтижесінде асгард археялары — эукариоттарға ең жақын микробтық туыстар — оттекті тыныс алу үшін қажетті генетикалық аппаратқа ие екені анықталды. Бұл жаңалық өсімдіктердің, саңырауқұлақтардың және жануарлардың ортақ ата-бабалары қатаң анаэробтар болып, тек оттексіз ортада өмір сүрген деген бұрынғы көзқарасты жоққа шығарады. Алынған деректер археялар бактериялармен симбиозға түспей тұрып-ақ оттекті пайдалана алғанын көрсетеді, кейін бұл бактериялар митохондрияға айналған.

Эукариоттық жасушаның шығу тегі

Эукариоттық жасушаның пайда болуы биологиядағы басты құпиялардың бірі болып қала береді. Ұзақ уақыт бойы анаэробты архея оттексіз ортада өмір сүріп, аэробты бактерияны жұтып, кейін ол митохондрияға айналды деген модель басым болды. Бұл симбиоз эукариоттардың ата-бабаларына цитоскелет пен күрделі ішкі тасымалдау жүйесін қалыптастыру үшін қажетті энергияны берген деп есептелді. Алайда жабайы асгард археялары туралы деректердің аздығы олардың симбиозға дейінгі метаболикалық мүмкіндіктерін анықтауды қиындатты.

Асгард археяларының генетикалық талдауы

Зерттеу аясында Қытай жағалауындағы Бохайвань шығанағы мен Калифорниядағы Гуаймас терең су бассейнінен алынған теңіз шөгінділері талданды. 10 терабайт секвенирлеу деректері өңделіп, асгард археяларының 869 метагеномдық геномы қалпына келтірілді — бұл бұрын белгілі болғаннан екі есе көп. Ерекше назар Heimdallarchaeia класы мен Hodarchaeales отрядына аударылды, олар қазіргі эукариоттарға ең жақын деп саналады.

Анықталған ақуыздардың функцияларын анықтау үшін AlphaFold2 нейрожелісі қолданылды, ол ферменттердің үшөлшемді құрылымын болжады және олардың энергетикалық процестерге қатысатынын растады. Сондай-ақ, микробтардың генетикалық профильдері олардың тіршілік ететін ортасының экологиялық параметрлерімен салыстырылып, қазіргі архея ұрпақтарының өмір сүруіне қолайлы жағдайлар анықталды.

Метаболикалық мүмкіндіктері мен оттекке бейімделуі

Талдау нәтижесінде Hodarchaeales тобының тыныс алу тізбегінің толық жұмыс істеуі үшін қажетті барлық гендерге ие екені анықталды. Бұл микробтар гемді өздігінен синтездеп, тыныс алу кезінде пайда болатын улы қосалқы өнімдерді бейтараптай алады. Олардың геномында қазіргі эукариоттарда тыныс алу кешендерін жинауға жауап беретін CoxD реттеуші ақуызы табылды.

Қазіргі асгард археялары тек терең судағы оттексіз жарықтарда ғана емес, сонымен қатар оттек мөлшері орташа жағалау шөгінділерінде де кездеседі. Олардың мембраналық гидрогеназдарының құрылымы АТФ синтезінің тиімділігін арттыратын субъединицалардың бар екенін көрсетеді. Молекулалық модельдер бұл топтың оттекке бейімделуі Жердегі оттек деңгейі цианобактериялардың белсенділігі нәтижесінде өсе бастаған оттек апатынан 50 миллион жыл бұрын басталған болуы мүмкін екенін көрсетеді.

Зерттеу нәтижелерінің маңызы

Зерттеу нәтижелері архея-хозяиннің метаболикалық тұрғыдан бұрынғы эукариогенез модельдерінде болжанғаннан әлдеқайда күрделі әрі автономды болғанын көрсетеді. Оттекті тыныс алу эукариоттардың ата-бабаларында симбиозға дейін-ақ пайда болған болуы мүмкін. Оттекті пайдалану арқылы алынған жоғары энергетикалық тиімділік жасушаның ерте күрделенуіне ықпал еткен, ал митохондрияны кейіннен жұту ағзаның бар аэробты мүмкіндіктерін одан әрі күшейткен.