Понимание того, как возникли эукариотические организмы, представляет собой серьезную проблему в биологии. Главный предмет разногласий при уточнении сценариев эукариогенеза вращается вокруг точных взаимоотношений между археями и эукариотами. В новом исследовании ученые выделили 63 новых генома архей из группы Асгард из образцов, полученных в одиннадцати местах по всему миру. Анализируя расширенную геномную выборку с использованием самых современных анализов, исследователи твердо определили эукариот как кладу, входящую в состав группы Асгард. Таким образом, все эукариотические организмы (животные, растения, простейшие, грибы) с эволюционной точки зрения должны быть отнесены к археям.
Археи — одна из двух больших групп прокариот, наряду с бактериями. По данным молекулярной генетики, они ближе к эукариотам, чем бактерии. Предполагается, что именно археи сумели обзавестись ядром и митохондриями, дав начало эукариотам. Но детали этого события неясны. В частности, ученые хотят установить, разделились ли археи и эукариоты на раннем этапе и развивались уже независимо («теория трех доменов») или же отделение эукариот произошло позже, в процессе эволюции архей.
В 2015 году из донных осадков в северной части Атлантики возле подводных вулканов, известных под названием «Замок Локи», были выделены фрагменты ДНК неизвестных микроорганизмов. Эти организмы относились к археям и были названы Lokiarchaeota, или кратко Локи, в честь скандинавского бога. Гены, кодирующие белок актин, который нужен для создания цитоскелета, у Локи оказались гораздо ближе к эукариотическим генам, чем аналогичные гены у прочих архей. Также у Локи обнаружили гены малых ГТФаз — ферментов, играющих роль в образовании цитоскелета и функционировании везикулярного транспорта в клетке. Еще у Локи имеются несколько генов белкового комплекса ESCRT, который у эукариот занят сгибанием и разрезанием мембран при клеточном делении и образовании везикул. Все эти данные позволяли судить, что «теория трех доменов» неверна и что эукариоты возникли среди архей.
С тех пор в образцах из «Замка Локи», а также из эстуария реки Уайт-Оук, водоносных горизонтов у реки Колорадо и геотермальных источников в Новой Зеландии и Японии были выявлены другие археи, близкие к Lokiarchaeota. Их названия также почерпнули из скандинавской мифологии: Thorarchaeota, Odinarchaeota и Heimdallarchaeota, в честь богов Тора, Одина и Хеймдалля, а вся группа архей тогда же получила название Асгард по городу богов. В 2019 году японским ученым впервые удалось культивировать в лабораторных условиях один из видов архей группы Асгард, он был назван Prometheoarchaeum syntrophicum.
В новом исследовании Бретт Бейкер (Brett Baker) и его коллеги определили, что самой близкой к общему предку архей Асгарда и эукариот является группа Hodarchaeales, входящая в состав более обширной группы Heimdallarchaeota. «В этом исследовании мы определили конкретную группу архей Асгарда — Hodarchaeales — как ближайших родственников эукариот и предоставили доказательства того, что генетическая основа сложного строения эукариот может быть прослежена до архей Асгарда. Раскрытие таких эволюционных отношений чрезвычайно сложно, поскольку их последний общий предок датируется примерно 2 миллиардами лет назад. С тех пор эволюционный сигнал, необходимый для обнаружения их отношений, ослабел из-за накопления мутаций в геномах», — говорит Тийс Эттема (Thijs Ettema) из Университета Вагенингена.
Исследование было опубликовано в журнале Nature.