На дне швейцарского озера Цуг ученые нашли необычных инфузорий. Они научились жить без кислорода благодаря бактериям, которые живут с ними в симбиозе. Эти бактерии извлекают энергию из реакций с участием азота. Описание необычных сожителей опубликовал научный журнал Nature.

Эукариоты – организмы, в клетках которых есть ядро, – появились благодаря тому, что их предки ассимилировали различные бактерии и археи. Ученые считают, что ключевой стадией этого процесса было появление митохондрий. Это одна из важнейших частей клетки, которая производит молекулы АТФ – основную "энерговалюту" клеток.

В пользу бактериального происхождения митохондрий говорит несколько фактов. Например, они отделены от остальной части клетки двойной мембраной, которая похожа на оболочку микробов. Кроме того, у них есть свои собственные ДНК и система синтеза белков. Многие биологи считают, что митохондрии "приручились" на самых первых этапах эволюции многоклеточных живых существ – еще до того, как разделились предки простейших, животных, грибов и растений.

Яна Милуцка из Института морской микробиологии Общества Макса Планка (Германия) и ее коллеги случайно открыли пример того, как подобный процесс происходит в наше время. Они изучали образцы грунта со дна швейцарского озера Цуг. В воде на его дне кислорода почти нет. Поэтому ученые ожидали найти в этих образцах лишь метаногенные бактерии, а вовсе не простейших, митохондриям которых для работы нужен кислород. Однако в этих образцах оказалось много инфузорий, которые игнорировали отсутствие кислорода и спокойно размножались в подобных условиях. Они очень заинтересовали ученых.

Изучение их обмена веществ показало, что внутри инфузорий жило множество симбионтов из класса гамма-протеобактерий, которых назвали Azoamicus ciliaticola. Оказалось, что эти микроорганизмы могут захватывать молекулы нитратов и других соединений азота из цитоплазмы сожителя и производить и их помощью необходимые для собственного существования молекулы АТФ. Инфузории при этом научились захватывать молекулы нитратов из окружающей среды и транспортировать их к своим симбионтам. Благодаря этому все партнеры могут выживать в не самой благоприятной для существования среде у дна озера.

Расчеты ученых показывают, что этот симбиоз начался примерно 300 млн лет назад. В результате бактерии потеряли почти все свои гены, не связанные с производством АТФ и работой критически важных систем клеток, таких, например, как репликация ДНК. То есть эти микробы уже не могут самостоятельно жить вне клеток инфузорий, что роднит их с митохондриями.

Ученые предполагают, что эти микробы движутся по той же эволюционной траектории, что и предки митохондрий. Их можно будет использовать для изучения истории эволюции митохондрий. Кроме того, их открытие говорит в пользу того, что на Земле могут существовать и другие альтернативные системы дыхания, в которых не используется кислород. Их аналоги могли зародиться и на других планетах, подытожили Милуцка и ее коллеги.

https://nauka.tass.ru/nauka/10827297