Двойник «Луки» из Ессентуков
В самых общих чертах LUCA был такой же, как современные организмы, то есть его наследственная информация в виде генетического кода хранилась в ДНК, белки состояли из 20 аминокислот, энергия запасалась в виде АТФ и т. д. Можно попытаться выяснить про него больше, например, чем он питался, или откуда брал сырьё для постройки биомолекул – брал готовые обломки извне или синтезировал из совсем простых веществ. Узнать это можно, если поискать признаки последнего общего предка в геномах современных форм жизни. Суть метода в том, что если, например, мы видим у кишечной палочки и у нас какой-то общий ген, то мы можем с уверенностью сказать, что этим геном нас наградил некий общий предок, от которого произошли и люди, и бактерии. Понятно, что вряд ли подобные гены будут абсолютно одинаковыми, всё-таки за миллионы лет эволюции в них могут накопиться различия, влияющие или не влияющие на их функции. Но, так или иначе, учитывая такие различия, всё-таки можно сказать, насколько «молод» или «стар» конкретный ген, какая у него «родословная» и т. д.
Для LUCA таких исследований набралось уже достаточно, и о некоторых мы писали. Так, в 2016 году в Nature Microbiology была опубликована статья о том, что последний общий предок был анаэробом (что неудивительно: в те времена кислорода в атмосфере было мало) и термофилом, и что в качестве энергии он использовал водород. И вот сейчас в статье в mBio сотрудники ФИЦ Биотехнологии РАН и Московского государственного университета сообщают, что бактерий, по типу метаболизма схожих с LUCA, можно найти в Ессентукском месторождении минеральных вод. Водоносные горизонты месторождения относятся к верхнеюрскому, нижнемеловому и верхнемеловому периодам – тогда по земле уже вовсю бродили динозавры. Однако под землей условия гораздо стабильнее, здешние сообщества микроорганизмов живут без света, к ним практически не поступает кислород и питательные вещества с поверхности, а движение воды происходит очень медленно. Для жизни они используют растворенные в воде минеральные вещества и газы, а также минералы из окружающих пород. Быстро меняться им нет нужды, эволюционируют они медленно.
Исследователи не первый год изучают ессентукские скважины, и прежде им уже удалось найти в них архей Hadarchaeota, которых не удалось вырастить в лабораторных условиях, и бактерий Actinomycetota, одна из которых поддаётся культивированию. Новые данные говорят о том, что разнообразие микробов в водоносных горизонтах напрямую зависит от глубины их залегания. Наибольшее разнообразие обнаружили в приповерхностных водах, которые добывают в скважине №70. В минеральных водах типа «Ессентуки №4», добываемых из более глубоких скважин №49-Е и №71, доминировали представители Methanobacteriota, а также некультивируемые Aminicenantia и бактерии-актиномицеты класса Coriobacteriia и группы RBG-16–55-12. Воды из скважины №46, откуда добывается вода «Ессентуки №17», отличались большим разнообразием некультивируемых архей из групп Hadarchaeales, Thermoplasmata и Halobacteriota, которые вместе составляли 40% сообщества.
Наконец, в воде из скважины 75-бис, которая идёт из самого глубокого, верхнеюрского горизонта, биоразнообразие было самым скудным – 80–95% микроорганизмов приходилось здесь на LUCAподобного микроба – термофильную автотрофную гидрогенотрофную ацетогенную бактерию Aceticella autotrophica. Автотрофность означает, что она синтезирует органику из простейших молекул, в данном случае из углекислого газа и водорода. Бактерия забирает электроны у молекулы Н2 и с их помощью превращает углекислый газ в уксусную кислоту; в качестве побочного продукта образуется вода, а уксусная кислота служит материалом для дальнейших реакций.
Сама бактерия A. autotrophica – это не какой-то новый вид, сотрудники ФИЦ Биотехнологии, например, прежде обнаруживали её в камчатских горячих источниках. С LUCA её роднит тип метаболизма, но это не значит, что A. autotrophica представляет собой непосредственного его потомка или что-то в подобном роде – в конце концов, A. autotrophica живёт в водоносном слое, который сформировался намного позже того времени, когда на земле жил LUCA. Смысл новых данных в том, что в современном мире есть экологические ниши, в которых есть условия для подобных микроорганизмов, и эти ниши существуют не на дне океанов, а в лечебных минеральных источниках. Изучая экологию микробов, которые пользуются, так сказать, теми же «метаболическими решениями», что и последний общий предок, можно больше узнать о том, как жилось ему самому.
По материалам пресс-службы ФИЦ Биотехнологии РАН.