Немецкие ученые описали древнюю бактерию, которая была предком всех современных бактерий. Ее назвали LBCA, а жила она около 3,5 миллиарда лет назад. Исследование опубликовано в журнале Communications Biology.
Несколько лет назад ученые смогли сравнительными методами примерно восстановить геном последнего универсального общего предка всех живых организмов, или LUCA (от Last Universal Common Ancestor). Этот организм около 3,8 миллиарда лет назад обитал в горячих глубоководных источниках. От него произошли все существующие сегодня на Земле организмы, в том числе и бактерии. Теперь немецкие ученые проделали похожую работу, чтобы восстановить геном последнего общего предка самих бактерий.
Исследователи назвали его LBCA (Last Bacterial Common Ancestor). Он жил около 3,5 миллиарда лет назад в условиях, аналогичных LUCA, то есть в горячих глубоководных источниках. Чтобы раскрыть генетический код LBCA, его свойства и историю, исследовательская группа изучила геномы 1089 бактериальных анаэробов — бактерий, которым не нужен кислород. «Отказ от аэробов [бактерий, которые используют кислород — примечание InScience.News] имел смысл для нашей работы. Если бактерии возникли в то время, когда Земля была бескислородной, нет смысла исследовать их происхождение, учитывая виды, которые активно адаптировались под кислород», — пояснила Джоана Ксавьер из Института молекулярной эволюции Университета Генриха Гейне, первый автор исследования.
Серьезной проблемой для исследователей стала особенность передачи генов между бактериями. Если животные свои гены передают вертикально, от родителей к потомству, то две соседние бактерии могут обмениваться ими горизонтально, не будучи родственниками. Такая особенность делает бесполезными традиционные филогенетические методы поиска общего предка.
Поэтому немецкие ученые совместили тысячи отдельных эволюционных деревьев и биохимические сети. Они исследовали 1089 анаэробных геномов и идентифицировали 146 семейств белков, сохранившихся у всех бактерий. Эти белки составляют почти полную базовую метаболическую сеть, которая позволила бы организму жить. Чтобы окончательно разобраться в биохимии LBCA, ученым было нужно добавить еще девять генов. Тогда реконструированная метаболическая сеть включала бы все основные и универсальные метаболиты. Тем не менее, чтобы быть полностью независимой и самогенерируемой, сети LBCA все равно потребуются дополнительные гены, унаследованные от последнего универсального общего предка, LUCA, и питательные вещества из окружающей среды.
Выяснив, как выглядела метаболическая сеть LBCA, ученые использовали статистические методы, чтобы определить, какие из современных бактериальных групп наиболее похожи на предка. «Анализ показал, что самая ранняя ветвь бактерий, которая расходилась, была наиболее похожа на современных Clostridia, за которыми следовали представители Deltaproteobacteria, Actinobacteria и некоторые Aquifex. Обычно эти группы имеют путь ацетил-КоА для фиксации углерода и/или энергетического метаболизма», — рассказал Фернандо Триа из Института молекулярной эволюции Университета Генриха Гейне, один из авторов исследования.
«Это единственный путь фиксации углерода, присутствующий как в археях, так и в бактериях, и ведущий к LUCA. Этот результат, полученный независимо, также согласуется с нашими последними выводами о происхождении и ранней эволюции жизни в гидротермальных жерлах», — пояснил Уильям Мартин из Института молекулярной эволюции Университета Генриха Гейне, ведущий автор исследования.
Ученые также отмечают, что LBCA мог иметь вытянутую форму, напоминающую палочку или стержень. Кроме того, возможно, он умел образовывать внутри клетки бактериальные споры. Это могло бы помочь ему выжить в суровых условиях ранней Земли.
Подписывайтесь на InScience.News в социальных сетях: ВКонтакте, Telegram, Одноклассники.
