У дерева життя, здається, з’явилась нова гілка. У зразку ґрунту з Нової Шотландії (Канада) вчені виявили надзвичайно рідкісну і практично невідому форму життя, яка отримала таксономічну назву Hemimastix kukwesjijik (група Hemimastigosphoria, далі - геміматостиготи). Аналіз її ДНК засвідчив, що її не можна віднести до жодного з відомих царств життя — тварин, рослин, грибів чи будь-якого типу найпростіших. Вона, отже, не належить до жодної великої категорії складних форм життя — еукаріотів. Натомість цей мікроскопічний джгутиковий організм є першим представником власної групи, яка, можливо, відокремилась від інших великих гілок життя принаймні мільярд років тому.
“Це відкриття, яке ми можемо побачити лише раз протягом кар’єри”, — сказав Алістар Сімпсон, мікробіолог з Університету Делгаузі у Галіфаксі (Нова Шотландія), який очолював дослідження.
Хоча воно дуже важливе саме собою, не менш значимим є і те, що воно є найновішим і, можливо, найґрунтовнішим з-поміж нових таксономічних додатків останніх років, кількість яких постійно зростає. Дослідники продовжують відкривати не лише нові види чи класи організмів, а й цілі царства життя, що наштовхує на питання, скільки їх узагалі існує і чи далекі ми від того, щоб відкрити їх усі.
Яна Іґліт, аспірантка Університету Делгаузі, досліджує лінії одноклітинних еукаріот, що називаються протистами. Під час прогулянки в Новій Шотландії одного холодного весняного дня 2016 року вона відстала від своїх друзів, щоб зачерпнути кілька грамів ґрунту в пластикову ємність (таке імпровізоване збирання дослідних зразків, за її словами, є “професійним хобі”). Повернувшись в лабораторію, Іґліт замочила зразок у воді і протягом наступного місяця періодично розглядала його в мікроскоп, щоб, можливо, побачити у ньому щось цікаве.
Якось пізно увечері її увагу привернула видовжена мікроскопічна істота, оточена схожими на батоги джгутиками, яка незграбно рухалась, ніби не підозрюючи, що має ці джгутики. Іґліт збагнула, що вона схожа за описом на гемімастиготи — рідкісний і майже невідомий організм, який надзвичайно важко культивувати штучно. Наступного ранку усі в лабораторії обговорювали відкриття, захоплені можливістю розшифрувати геном дивної істоти. “Ми покинули усе заради цього”, — згадує вона.
Гемімастиготи — це організми, які найкраще описати словами колишнього міністра оборони США Дональда Рамсфельда, які він сказав про зброю масового знищення у Саддама Хусейна: “відоме невідоме”. Відомо, що вони існують, але от яке місце вони займають на дереві життя, залишається загадкою, оскільки в природі вони зустрічаються дуже рідко, а культивувати їх в лабораторії надзвичайно важко. За особливостями їхньої будови вчені зробили припущення про їхніх потенційних родичів, але їхні здогадки одразу ж спростовували нові відкриття у філогенетиці.
Але тепер за допомогою нового методу геномних досліджень, названого транскриптоікою, вчені мають змогу секвенувати великі обсяги генетичної інформації із всього лишень однієї клітини. Ґордон Лакс, спеціаліст із цього методу, який також є аспірантом в лабораторії Сімпсона, пояснив, що для організмів, які важко вивчати, на кшталт гемімастигот, це є єдиним способом отримати генетичні дані, які інакше можна добути лише з численних клітинних ліній.
Команда Сімпсона секвенувала понад 300 генів, а Лаура Еме, яка тепер працює в Університеті Упсали (Швеція), змоделювала, як вони розвивалися, щоб простежити родовід геміматостигот. Вчені очікували, що ці мікроорганізми належатимуть до однієї з відомих супергруп, натомість їх неймовірно здивувало, що їм узагалі не знайшлося місця на дотеперішньому дереві життя. Як виявилось, вони на ньому є окремою гілкою, яка відрізняється від півдюжини інших.
Щоб зрозуміти зміст цього відкриття, уявіть зв’язки між еукаріотами у вигляді дерева, яке поступово розгалужується від одного спільного предка до мільйонів окремих видів. Уявіть також, що ви рухаєтесь цим деревом згори вниз. Починаючи від ссавців, ви заглиблюєтесь далі в історію і проходите біля вилки, яка розділяє їх від рептилій і птахів, ще далі — від риб, іще — від морських зірок і комах, і ще — від грибів. Ви щойно подолати шлях, який еволюція пройшла за сотні мільйонів років, але якщо ви оглянетесь назад, то побачите, що усі ці неймовірно різноманітні істоти є лише однією із шести супергруп еукаріотів. Геміматостиготи ж є окремою супергрупою, яку, крім них самих, більше ніщо не займає.
За словами біолога з Університету Упсали Фабіана Беркі, який не брав участі в дослідженні, “це нагадує пошук позаземного життя. Коли ми його врешті знайдемо, то це буде величезне відкриття, але я не думаю, що ми будемо дуже здивовані, адже очікуємо цього”.
Беркі, Сімпсон, Іґліт та багато інших науковців вірять, що попереду лежать ще й інші невідомі гілки дерева життя. “Унаслідок появи нових даних воно змінюється дуже швидко. Вже зараз воно інакше, ніж те, як ми його уявляли собі ще 15-20 років тому”, — каже Беркі.
Відкриття цілої окремої гілки, на кшталт геміматостигот, досі є доволі рідкісним. Але якщо ви спуститесь на один-два щаблі нижче, наприклад, до рівня, який охоплює усіх тварин, то побачите, що ключові відгалуження описують приблизно раз на рік. “Цей темп не сповільнюється. Я б навіть сказав, що він прискорюється”, — каже Сімпсон.
В основі цих відкриттів значною мірою лежить доступність нових технологій секвенування, таких як транскриптоміка. За допомогою таких технологій вченим достатньо однієї лишень особини, з якої можна добути генетичну інформацію, що дозволяє простежити її еволюційні зв’язки. Але, за словами Лаури Еме, вони ефективні лише тоді, коли їх використовує досвідчений мікробіолог, який здатний “на око” побачити, що та чи інша істота є справді невідомою та унікальною.
“Наше розуміння еволюції життя ще досі неповне”, — каже Беркі. Питання, як, наприклад, чому виникли еукаріоти або як розвинувся фотосинтез, ще досі залишаються без відповіді. Однією з причин цього є те, що дерево життя ще не достатньо стабільне, щоб містити дороговкази до того, як трапились ці ключові події.
Окрім відповіді на ці ключові питання, таких дослідників, як Беркі чи Іґліт, мотивує проста радість відкриття. “Світ мікроорганізмів є відкритим горизонтом. Цікаво дивитись, що там далі”, — каже Іґліт.
What a Newfound Kingdom Means for the Tree of Life
Scientific American, 28.12.2018
Gordon Lax, Yana Eglit, Laura Eme, Erin M. Bertrand, Andrew J. Roger & Alastair G. B. Simpson
Hemimastigophora is a novel supra-kingdom-level lineage of eukaryotes
Nature, vol. 564, p.410–414 (2018)
Зреферував Є. Л.
05.01.2019