Преди повече от милиард години една проста клетка се озова в капан в друга и никога не я напусна, а нейните потомци се превърнаха в митохондрии, така наречените електроцентрали на клетките.
Но дори и сега, бактериални роднини на тази първа уловена клетка – протомитохондрия, както я наричат изследователите – могат да бъдат намерени плаващи в съвременни горещи извори, предполага ново проучване.
Протомитохондриите дадоха началото на клетъчния енергиен център на еукариоти — всички животни, растения, гъби и протисти, чиито клетки съдържат структури, наречени органели, които изпълняват специфични функции. Въпреки че митохондриите все още имат свои собствени ДНК който е достъпен за анализ, изследователите не са определили окончателно кои видове съвременни бактерии могат да произлязат от протомитохондриите.
В новото проучване, публикувано в сряда (9 август) в списанието Научен напредък, изследователите се фокусираха върху генетични черти, които позволяват на бактериите да изпълняват определени функции, които са от съществено значение за протомитохондриите, като производството на мазнини за митохондриалните мембрани. Използвайки тези генетични критерии, изследователите са посочили тип бактерии, за които досега не е било предполагано, че произлизат от протомитохондрии и които живеят в условия, подобни на тези, които биха поддържали живота в древните океани на Земята.
Свързани: Вероятно е открита липсваща връзка между прости клетки и сложни форми на живот
През 1,6 милиарда до 1,8 милиарда години, откакто митохондриите са възникнали, генетичният подпис на протомитохондриите „е бил разреден, разбъркан и … много малко е останало“, Мауро дели Еспости, старши автор на статията и изследовател в Центъра за геномни науки към Националния автономен университет на Мексико, каза пред Live Science. Поради това екипът на Degli Esposti приложи подход, който не разчиташе толкова на генетични последователности, които може да са станали кодирани, каза той.
Изследователите пресяха хранилище от 314 генома на алфапротеобактерии – класът бактерии, от който изследванията предполагат, че идват протомитохондриите – търсейки гени, които кодират основни протеини. Някои от най-важните от тези гени, каза Дегли Еспости, служат за същата цел като тези, които митохондриите използват за производство на енергия с помощта на кислород, както и без кислород.
Други гени ще са необходими за създаването на определени мазнини, включително кардиолипини. Тези мазнини се намират в прокариотите – организми, чиито клетки нямат органели – и в митохондриалните мембрани и някои восъчни молекули на еукариотите.
Бактериите от разреда Iodidimonadales отговарят на най-голям брой от тези генетични критерии, карайки изследователите да вярват, че тези бактерии могат да бъдат тясно свързани с протомитохондриите. Тези бактерии живеят на различни места, включително сладководни и океански геотермални извори, екстремна среда, подобна на някои открити в океаните на Земята преди близо 2 милиарда години.
Бактериите Iodidimonadales преди това не са били маркирани като потенциални потомци на протомитохондриите и нямат всички черти, които изследователите смятат за основни. Екипът приписва това на „страничния генен трансфер“, процес, който бактериите използват, за да предават гени един на друг и начин, по който могат да загубят гени с течение на времето.
Разглеждането на тези генетични черти е логичен подход, каза Серхио Муньос-Гомез, асистент по биологични науки в университета Пърдю, който не е участвал в изследването, пред Live Science. Подходът обаче има недостатъци, така че допълва, но не замества по-традиционните методи, като изграждането на родословни дървета въз основа на генетиката на организмите.
Използвайки методите на изследването, каза Муньос-Гомез, изследователите може да се окажат погрешно идентифициращи видове, които споделят черти с протомитохондриите поради конвергентна еволюция, при която подобни черти се развиват независимо при видове без общ произход.
По-доброто разбиране на това как са се развили митохондриите потенциално би могло да ни помогне да разберем болестите, при които митохондриалната функция се нарушава, като болестта на Паркинсон, каза Дегли Еспости. Освен медицинските приложения, изучаването на произхода на митохондриите може да ни помогне да разберем как е възникнал целият сложен живот, включително хората.
„Това е начин да се доближим до този отговор [of] откъде в крайна сметка идваме и как сме еволюирали от нашите далечни предци“, каза Муньос-Гомез.