Три миллиарда лет назад на Земле все было иначе. Во-первых, не было всего этого кислорода повсюду - первые цианобактерии должны были найти способ жить за счет вулканического углекислого газа , воды и солнечного света. Эти древние организмы жили анаэробно , без кислорода. Как ни странно, то, чем мы дышим сегодня, является атмосферой, которую они создали для нас, потому что побочный продукт их производства пищи - кислород - в конечном итоге обогнал атмосферу Земли. Анаэробные организмы были заселены в бескислородные укромные уголки и закоулки планеты и оставались простыми и одноклеточными.
Это животное, но без митохондрий
Однако когда есть правило, обычно бывает и исключение, и группа ученых обнаружила небольшого паразитического книдария - родственника медузы - который, по-видимому, не использует кислород для дыхания. Они опубликовали свои выводы в выпуске журнала Proceedings of the National Academy of Sciences от 24 февраля 2020 года.
Это животное, Henneguya salminicola , представляет собой крошечный паразит с головой пришельца и длинным хвостом, который питается мышечной тканью лосося и других рыб. Это эукариот - член широкой группы организмов, которая включает в себя большинство живых существ, которые вы можете увидеть невооруженным глазом: животных, растений, грибов и т. Д. Клетки эукариот содержат всевозможные причудливые органеллы, которые их более примитивные аналоги , то прокариоты , не имеют. Одной из таких органелл является митохондрия, структура, которая имеет крошечный собственный геном, отдельный от остального организма, и которую эукариотические клетки используют для выработки энергии с помощью кислорода.
Но в более крупных группах, которые мы называем «эукариотами», есть несколько одноклеточных, не относящихся к животным 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 этого?
Эволюция аномалии
«У предков Хеннегуи почти наверняка были митохондрии», - говорит соавтор исследования Стивен Аткинсон, профессор-исследователь кафедры микробиологии Университета штата Орегон, в интервью по электронной почте. «Все его ближайшие родственники имеют митохондрии, поэтому эволюция к анаэробному образу жизни и потеря функциональных митохондрий, по-видимому, является недавней адаптацией только этого вида - по крайней мере, о которой мы знаем до сих пор!»
В клетках типичных животных митохондрии используют кислород в многоэтапном процессе для создания химической энергии. Исследовательская группа обнаружила, что паразиту просто пришлось адаптироваться к окружающей среде с очень небольшим количеством доступного кислорода. Без необходимости в митохондриях он потерял генетические инструкции по крайней мере для нескольких частей процессов, использующих кислород - например, Henneguya salminicola потеряла свой митохондриальный геном, который нужен другим клеткам животных, потому что они содержат инструкции по использованию кислорода. Теряя геном, паразит экономит энергию, поскольку ему не нужно копировать гены для вещей, которые ему больше не нужны.
Но как оно вообще может выжить без кислорода?
«Мы предполагаем, что вместо этого он должен поглощать молекулы, связанные с выработкой энергии клетками-хозяевами, которые уже выполнили часть процесса обработки», - говорит Аткинсон. «Кража чего-либо у хозяина - основа тунеядства!»
Что значит быть животным?
Как и многие другие важные открытия, это открытие было совершенно неожиданным - исследователи надеялись сравнить геномы двух маленьких паразитов, и каждый раз, когда они пытались запустить геном Henneguya salminicola , что-то явно происходило очень странно. Изучив его дальше, они обнаружили, что в его клетках был небольшой пустой мешочек, где когда-то могли быть митохондрии.
«Это открытие расширило наше понимание того, что значит быть« животным », показав, что даже сложная жизнь может развиваться таким образом, чтобы добиться успеха в окружающей среде без кислорода», - говорит Аткинсон. «Знание о том, что анаэробные животные могут существовать, предупреждает нас о том, что мы должны внимательно следить за этим у других видов - и, возможно, искать животных в анаэробной среде, на которые мы никогда раньше не смотрели. отныне будет искать необычные или отсутствующие митохондрии у других видов, чтобы попытаться обнаружить связи между хозяевами, тканями и окружающей средой, которые приводят к потере функции митохондрий, 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 определенные лекарства.
Вот это интересно
Двумя другими эукариотами, утратившими митохондрии, являются лямблии, кишечные паразиты и паразиты, вызывающие инфекцию, передающуюся половым путем, трихомониаз или «трихомонад», называемую Trichomonas vaginalis .
