Массовый анализ почти каждой последовательности бактериального генома на сегодняшний день предлагает пересмотреть и создать новую форму Дерева Жизни.
Одна из его основных ветвей, по всей видимости, объединение двух других. Потомками этой линии стали энергетические центры растительных и животных клеток.
Иными словами, результаты этого далекого союза между микроорганизмами «позволили нам ходить по земле», сказал Джеймс Лейк, автор анализа клеток и микробиолог Университета Калифорнии в Лос-Анджелесе. «Их ответственность за кислород в атмосфере, и появление органелл, которые производят растения, и позволили нам дышать воздухом ».
Детали ранней клеточной эволюции остаются загадкой, так как исследовать ее можно только по нескольким окаменелостям, оставшимися нетронутыми за миллиарды лет, прошедших после саморепликации первичных химических преклеточных форм. Но в целом, ученым известно, что ранние организмы были одноклеточными, безъядерными существами, называющимися прокариоты.
Они разбиты на пять групп: бактерии, археи, клостридии, актинобактерии и, так называемые, грам-отрицательные бактерии. Для большинства людей, прокариот лишь куча микроскопических существ, но для микробиологов они выглядят как богатое разнообразием, животное царство.
Ученые считают, что первые эукариоты — одноклеточные существа с ядрами и сложной внутренней структурой, из которых появилось все растительное и животное царство, — превратилась из прокариот, т.е. некоторые прокариоты трансформировались в эти новые и сложные организмы.
Наиболее известными примерами этого являются поглощение митохондрий и хлоропластов, структур, которые производят энергию в животных и растительных клетках. Оба принадлежат к грам-отрицательному классу, равно как и цианобактерии, которые за несколько миллиардов лет, вероятно, превратили Земную атмосферу из токсичной массы в богатую кислородом посредством фотосинтеза.
Согласно Лейку, происхождение этой грам-отрицательной группы не единственное. Вместо этого, как представляется, произошли в результате слияния актинобактерии и клостридиум. Это означает перестройку всех представлений об истории развитии жизни, сравнимую по глубине с тем, как если бы вдруг оказалось, что млекопитающие произошли от слияния насекомых и амфибий.
«Если эти результаты подтверждятся и получат распространение, это, безусловно, будет иметь серьезное влияние на наши представления прокариотах и эволюции эукариот», сказал Майкл Грей, микробиолог Делуизского университета известный открытием бактериального происхождения митохондрий. Грей, не участвовал в этих исследованиях.
Гипотеза Лейка, основана на структурном анализе проведенном над последовательностями генома более 3000 видов бактерий. В течение трех лет, он проверял, алгоритмы взаимодействия в между разными генами, и только затем предложил различные объяснения их таксономий.
Самое главное, он предположил, что гены не обязательно должны двигаться в одном направлении, как это происходит в животном царстве. У бактерий гены могут двигаться назад и вперед, беспрепятственно, поэтому некоторые ученые считают, неприменимой к ним концепцию видов.
«Люди всегда предполагали, что эволюция работает древовидным образом. То, что мы увидели,
позволяет анализировать вещи таким образом, чтобы можно было отбросить древовидное представление, и посмотреть, что произойдет », говорит, Лейк.
Из более чем миллиона возможных таксономических взаимосвязей, есть единственная, которая лучше всего соответствует данным и харрактеризует грам-отрицательный прокариот, как потомок некоторых древних соединений групп актинобактерий и клостридий.
Эту гипотезу нельзя проверить на ископаемых, но она могла бы объяснить, почему грамотрицательный прокариот и клостридия оба способны на фотосинтез, явление, называемое Греем, как «всеобщее недоумение».
«Нам известно о грам-отрицательных бактериях, уже в течении трех научных поколений. Мы базировались на них в исследованиях уже сто лет, и мы до сих пор не знаем как они появились и что сделало их настолько разными, » — сказал Лейк. «Без них у нас не было бы эукариот, что мы и наблюдаем сейчас».
Согласно Лейку, это объединение скорее всего имеет форму эндосимбиоза, в которой одна из прокариот буквально поглотила другую, и обе выросли вместе. Грей эту интерпретацию «проблемной»: Это потребовало бы от одного генома пересечь мембрану клеток и присоединиться к другому. «Я не знаю такого механизма, который позволил бы сделать это», — сказал Грей.
Но Грей, не отрицает возможности эндосимбиотического союза предполагая, что пока еще неизвестна процесс, с помощью которого прокариоты могут обмениваться целыми геномами. Эта возможность «Не так широко рассматривается в рамках эволюционного сообщества», — сказал он.
Десять лет назад, такое расследование таких вопросов было бы вообще не возможным, говорит Лейк. «Мы должны иметь базисы в математике и генетике что бы рассматривать все эти последовательности», сказал он.
