На первый взгляд строматолиты и их близкие родственники — микробные маты — могут выглядеть не более чем тёмными древними камнями. В действительности это плотно упакованные слоистые сообщества, построенные микробами. Миллиарды лет назад, до появления животных и растений, строматолиты помогли высвободить в атмосферу Земли один из первых кислородов. Теперь исследование, опубликованное в Current Biology, предполагает, что эти необычные образования могут также хранить ключи к другому крупному событию в истории Земли: возникновению сложной жизни.

Доцент Брендан Бёрнс, эволюционный микробиолог из Университета Нового Южного Уэльса (UNSW Sydney), входит в состав исследовательской группы, которая обнаружила ранее неизвестный микроб, живущий в тесной ассоциации с другим организмом внутри этих «живых ископаемых». Проект, проводимый совместно с исследователями из Технологического университета Сиднея и Мельбурнского университета, может помочь учёным лучше понять фундаментальную эволюционную загадку: как относительно простые клетки начали сотрудничать и в конечном итоге дали начало гораздо более сложным формам жизни.

«Строматолиты могут быть не просто „колыбелью жизни“, где процветала ранняя микробная жизнь, — говорит доцент Бёрнс. — Они также могут рассказать нам, как впервые возникла сложная жизнь».

Строматолиты и микробные маты впервые появились миллиарды лет назад, но они не исчезли. Они до сих пор формируются в заливе Шарк-Бей, объекте Всемирного наследия в Западной Австралии. Образцы, собранные там, в конечном итоге позволили доценту Бёрнсу и его коллегам выделить представителя архей Асгарда — необычной группы микробов, которые, как считается, тесно связаны с предками эукариот, то есть клеток, составляющих все растения и животных, включая человека.

Одна из давних идей в биологии предполагает, что первая эукариотическая клетка развилась в результате интимного партнёрства между древней археей и бактерией. Согласно этой теории, один организм в конечном итоге поглотил другой, и эти отношения в конечном итоге породили митохондрии — энергопроизводящие структуры, находящиеся внутри сложных клеток. Однако учёным не хватало прямых доказательств того, как могло бы выглядеть такое раннее партнёрство. Новое исследование предоставляет первые визуальные доказательства того, что архея Асгарда физически взаимодействует с бактерией через чрезвычайно тонкие трубчатые соединения, называемые нанотрубками.

«Это может быть небольшой моделью того, как начались такие партнёрства и в конечном итоге привели к эукариотам», — говорит доцент Бёрнс.

Генетическое секвенирование показало, что ДНК этих организмов присутствовала в образцах, но вырастить микробов в лаборатории для непосредственного изучения оказалось гораздо сложнее. «Это заняло четыре или пять лет в лаборатории, — говорит доцент Бёрнс. — Много времени, оптимизации и погони за разными тенями». Археи Асгарда, как известно, с трудом поддаются культивированию вне их естественной среды обитания. Исследователям не удалось вырастить организмы по отдельности, и доцент Бёрнс говорит, что эта трудность сама по себе может раскрыть нечто важное об их биологии. «Тот факт, что нам никогда не удавалось получить эти организмы в чистой культуре, вероятно, объясняется тем, что они всегда зависят от других организмов для выживания», — говорит он.

В конце концов исследователи добились прогресса, используя электронную криотомографию — метод трёхмерной визуализации с высоким разрешением, способный выявлять структуры в масштабе одной миллионной миллиметра. Изображения показали, что архея и бактерия физически соединены бактериальными нанотрубками. Исследователи также наблюдали, как архея производит цепочки почкующихся везикул, а также сложные трубчатые структуры. Два микроба, по-видимому, химически дополняли друг друга: каждый производил соединения, которые мог использовать другой, включая витамины, питательные вещества и водород.

Соавтор, доцент Дебнато Гошал из Мельбурнского университета, говорит, что непосредственное наблюдение взаимодействия между археей Асгарда и бактерией особенно значимо. «Это открытие приближает нас на несколько шагов к пониманию того, как кооперация между микробами привела к возникновению сложной жизни».