Четвертое царство: открыта новая «супергруппа» организмов, меняющая древо жизни

Учёные из естественно-научного факультета Карлова университета в Праге сообщили об открытии удивительного микроорганизма Solarion arienae. Это крайне редкий и необычный одноклеточный эукариот, который помогает по-новому взглянуть на то, как возникли и эволюционировали эукариотические клетки.

Статья с описанием находки опубликована в журнале Nature. В ней говорится, что Solarion относится к принципиально новой группе организмов: он выделен в отдельный тип (phylum) и вместе с несколькими загадочными линиями простейших образует новую эукариотическую супергруппу — по сути новое «царство», получившее название Disparia. Особый интерес вызывает то, что Solarion сохранил древние особенности митохондрий, которые считались давно утраченной стадией эволюции. Это даёт редкую возможность заглянуть в устройство самых ранних эукариотических клеток.

Сам Solarion arienae выглядит крайне неприметно. Это крошечный организм размером всего несколько микрометров, почти не двигающийся и внешне ничем не выделяющийся. Его обнаружили случайно в долговременной лабораторной культуре морских инфузорий на кафедре зоологии Карлова университета. Из-за микроскопических размеров Solarion годами оставался незамеченным, пока более крупные инфузории в культуре неожиданно не погибли. После этого на него обратили внимание, и находка оказалась по-настоящему сенсационной.

Геномное секвенирование и масштабный филогеномный анализ, выполненные исследователями из Карлова университета и их коллегами из США, показали, что Solarion не относится ни к одной из известных крупных линий эукариот. На сегодняшний день ему известен только один близкий родственник — необычный протист Meteora sporadica. Вместе они образуют новый тип Caelestes, который, в свою очередь, вместе с типами Provora и Hemimastigophora входит в состав новой супергруппы Disparia. Хотя представителей Disparia пока описано совсем немного, речь идёт о древней эволюционной ветви, а современные виды могут быть лишь редкими «остатками» когда-то гораздо более богатого разнообразия.

По словам авторов работы, Solarion почти не встречается в глобальных базах данных по метагеномике. Исследователи просмотрели более 1,8 петабайта экологических ДНК-данных, и следы этого организма обнаружились лишь в нескольких образцах морских осадков из разных районов планеты. Это говорит о том, что Solarion распространён по миру, но крайне редок везде, где встречается. Его история подчёркивает важность классических лабораторных культур и тщательного изучения мало исследованных природных ниш.

Внешний вид Solarion тоже выделяется на фоне других протистов, если вообще удаётся разглядеть его под микроскопом. Чаще всего он существует в виде неподвижных «солнечных» клеток: от центрального тела во все стороны отходят стебельчатые органеллы, которые получили название целестиосомы. Эти структуры служат для захвата бактериальной добычи и были подробно изучены с помощью трёхмерной электронной микроскопии. В жизненном цикле Solarion присутствуют и подвижные жгутиковые стадии с настолько необычной формой клетки, что перепутать их с каким-либо другим известным эукариотом невозможно.

Самое необычное в этом организме связано с его митохондриями. Эти органеллы, отвечающие за выработку энергии в клетке, произошли от древнего бактериального предка. У Solarion в митохондриальном геноме сохранился ген secA — редкий остаток белкотранспортной системы, унаследованной от альфапротеобактериального предшественника митохондрий. Этот ген исчез почти у всех современных эукариот, что делает Solarion одним из немногих живых организмов, в которых древний молекулярный «инструментарий» всё ещё присутствует. Кроме того, митохондрии Solarion содержат уникальное сочетание генов, которое помогает восстановить, какие метаболические возможности были у митохондрий у последнего общего предка всех эукариот.

Профессор Иван Чепичка (Ivan Čepička) и Марек Валт, основные авторы исследования, подчёркивают, насколько важна эта находка. По их словам, Solarion напоминает, как мало мы на самом деле знаем о микробном мире. Открытие такой глубокой эволюционной ветви, по сути «живого ископаемого», показывает, что важнейшие главы истории эукариот всё ещё скрыты в слабо изученных уголках природы. Это крошечное существо позволяет заглянуть в очень древнюю главу эволюции клетки, которую раньше приходилось восстанавливать только косвенно.