Митохондрии — это важные органеллы, которые наиболее известны реакциями преобразования энергии, которые питают наши клетки. Митохондрии представляют собой важные отличительные черты эукариотических клеток — всех сложных типов клеток, включая людей, животных, растения, грибы и т. Д. — по сути, всех живых существ, видимых невооруженным глазом. Тот факт, что все эукариотические клетки имеют (или когда-то имели) митохондрии, указывает на то, что происхождение этих органелл, вероятно, сыграло глубокую роль в эволюционном возникновении сложных эукариотических клеток.
Свидетельства последних нескольких десятилетий убедительно подтверждают, что митохондрии эволюционировали посредством эндосимбиоза — процесса, при котором свободноживущая бактерия захватывается клеткой-хозяином. Тем не менее, как личность митохондриального предка, так и природа эндосимбиоза являются предметом ожесточенных споров.«Предыдущая работа предоставила убедительные доказательства того, что митохондрии связаны с группой бактерий, известной как Alphaproteobacteria», — говорит Джоран Мартейн, научный сотрудник Упсальского университета и первый автор исследования. «Откуда произошли митохондрии альфа-протеобактерий, до сих пор неясно — различные исследования указали на радикально разные группы альфа-протеобактерий.
Для понимания происхождения митохондрий, но также и эукариот, важно знать личность митохондриального предка».Некоторые ученые предположили, что митохондрии произошли от Rickettsiales, паразитарной группы бактерий, которые, как и митохондрии, живут внутри эукариотических клеток и которые, как правило, полностью зависят от своей клетки-хозяина для выживания. Самый известный его представитель, Rickettsia prowazekii, — печально известный человеческий патоген, вызывающий тиф.«Мы считаем, что существует две основные причины отсутствия консенсуса в отношении идентичности митохондриального предка», — говорит Тийс Эттема, исследователь из отдела клеточной и молекулярной биологии Университета Упсалы, возглавлявший команду, проводившую исследование. «Во-первых, возможно, что нынешние родственники просто еще не найдены — если они все еще существуют.
Во-вторых, реконструкция эволюционной истории митохондрий чрезвычайно сложна и может легко привести к очень разным и, следовательно, противоречивым полученные результаты."Команда Упсалы попыталась выйти из этого тупика, применив смелый подход.
Путем анализа большого количества данных экологического секвенирования из Тихого и Атлантического океана им удалось идентифицировать несколько ранее не идентифицированных групп альфа-протеобактерий. Используя недавно разработанные методы, команде удалось реконструировать геномы более 40 альфа-протеобактерий, принадлежащих к 12 различным группам.«Расширенный набор геномов этих недавно идентифицированных альфа-протеобактерий существенно помог нашим усилиям определить положение митохондрий», — говорит Мартейн. «Мы надеялись, что, используя более сбалансированный набор альфа-протеобактерий в нашем анализе, мы сможем преодолеть некоторые проблемы, с которыми боролись предыдущие исследования».
Неожиданно их анализ подтвердил новое положение митохондрий, которые теперь были размещены вне Alphaproteobacteria.Эти результаты показывают, что митохондрии не являются ближайшими родственниками какой-либо из признанных в настоящее время групп альфа-протеобактерий, включая Rickettsiales. Скорее, митохондрии произошли от предка, который позже дал начало всем признанным в настоящее время Alphaproteobacteria.
«Мы подозреваем, что популярное происхождение митохондрий, связанных с Rickettsiales, является результатом методологического артефакта». объясняет Мартейн. «Митохондрии и Rickettsiales развивались в очень похожих условиях, что могло привести к очень похожим, но независимым способам эволюции и паттернам последовательности. Это, в свою очередь, могло усложнить предыдущие попытки определить эволюционное происхождение митохондрий».В ходе исследования не удалось идентифицировать современных родственников митохондриального предка.«Это, конечно, несколько разочаровало», — говорит Эттема. «Но, возможно, мы искали не в том месте.
В этом исследовании мы сосредоточились на океанических водах, поскольку они, как известно, содержат множество нехарактерных альфа-протеобактерий».Эттема и его команда продолжат поиски митохондриальных родственников. «Раскрытие происхождения митохондрий является ключом к пониманию происхождения сложной жизни.
Если современные митохондриальные родственники все еще существуют, я убежден, что в какой-то момент мы их найдем».