Эукариотическая клетка имеет ядро и органеллы (митохондрии, аппарат Гольджи). Основная теория последних десятилетий утверждает, что архея — одноклеточный организм без ядра — поглотила альфа-протеобактерию, которая превратилась в митохондрию, после чего у потомка развилась сложность. Но эта теория не объясняла, почему у эукариот есть гены, свойственные другим группам бактерий, а также почему геном эукариот содержит много вирусных элементов.

Команда биологов под руководством Тони Габальдона использовала вычислительные мощности Барселонского суперкомпьютерного центра, чтобы реконструировать набор генов и белков последнего общего предка всех эукариот. Для этого они сравнили геномы всех современных эукариот. Затем они вскрыли происхождение этих генов, сравнивая с базами данных бактерий, архей и вирусов. Во избежание ложно-положительных результатов они включали только самые сильные сигналы. Работа заняла более пяти лет, говорится в пресс-релизе.

В результате были найден два особенно релевантных бактериальных сигнала: Myxococcota и Planctomycetota. Первая бактерия связана с метаболическими функциями, включая процессы, связанные с липидами и мембранами. Вторая обладает внутренними компартментами, необычными для бактериальных организмов. При этом Planctomycetota представляют собой более древний сигнал, тогда как Myxococcota и бактерия, давшая начало митохондрии, демонстрируют сигналы, относящиеся к более раннему периоду. Это говорит о постепенном наращивании сложности.

Неожиданностью оказалось то, что геном последнего общего предка содержит гены, происходящие от гигантских вирусов Nucleocytoviricota.

Эти вирусы имеют огромные геномы (до 2,5 млн пар оснований) и заражают одноклеточных эукариот, таких как амебы и водоросли. В процессе становления эукариот эти вирусы могли переносить гены от бактерий к археям и обратно, ускоряя эволюцию. Этот механизм похож на то, как фаги, или бактериальные вирусы, переносят гены между бактериями, но для архей-предков это был новый инструмент.

Если классическая теория предполагает, что эукариотогенез был взрывным событием — архея проглотила бактерию, и из-за этого резко возникла сложность — то новая работа рисует картину длительной совместной эволюции: предки эукариот жили в микробных сообществах в архейском океане. Там они обменивались генами с разными бактериями, постепенно обзаводясь новыми метаболическими путями, мембранными системами и, наконец, митохондрией. Вирусы служили «ускорителями» обмена. Процесс растянулся на сотни миллионов лет.

«Долгое время мы объясняли происхождение сложных клеток как историю с двумя главными героями: археем и бактерией, которая породила митохондрии. Наше исследование предполагает, что это повествование неполно, и на сцене было больше актеров, включая другие группы бактерий и гигантские вирусы, которые могли способствовать обмену генами» — сказал Габальдон.

Понимание того, откуда взялись наши собственные клетки, важно не только для фундаментальной науки, но и для медицины и биотехнологии.

Исследователи из Японии обнаружили, что живые клетки рассеивают тепло намного медленнее, чем предсказывают законы классической физики. Нагретая область внутри клетки сохраняет повышенную температуру значительно дольше, чем эквивалентный объем в искусственной липосоме или в чистой воде.