Бактерии могли получить от универсального общего предка набор прогрессивных признаков, которые спустя время оказались утрачены за ненадобностью.
В биологии есть представление о последнем универсальном общем предке, который дал начало трём доменам жизни: эукариотам, прокариотам и археям. Этот таинственный предок не был единственным живым организмом на Земле, самым первым и самым примитивным; просто с него началось разнообразие живого.
Чтобы понять, как развивалась жизнь, нужно знать, чем был последний универсальный предок, — но по этому поводу согласья меж биологов нет. Понятно, что все рассуждения на сей счёт строятся на догадках и очень непрямых доказательствах. Согласно более или менее популярному мнению, предок выглядел как примитивный комплекс молекулярных ансамблей, «биохимический суп», который впоследствии развился в более организованные и структурированные формы. Но последние изыскания заставляют усомниться в такой гипотезе: возможно, общий предок был сложнее некоторых своих потомков.
Исследователям из Университета Иллинойса (США) удалось обнаружить у бактерий внутриклеточную структуру, которую можно поставить в один ряд с органеллами клеток эукариот. Одно из главных положений микробиологии гласит: органелл — крупных специализированных надмолекулярных структур — у бактерий нет. Но в 2003 году было установлено, что внутри некоторых бактериальных клеток есть зоны повышенной концентрации полифосфатов, таких как энергетическая молекула АТФ. Эти зоны по физическим, химическим и функциональным характеристикам были похожи на аналогичные структуры в клетках эукариот и могут считаться простейшими клеточными органеллами.
После того как бактерии стараниями учёных всё-таки получили органеллы, оказалось, что и в бактериальных, и в эукариотических структурах работает один фермент — протонная пирофосфатаза. Впоследствии и полифосфатные «склады», и этот фермент были обнаружены у архей. Универсальность этой простой органеллы навела исследователей на мысль, что она принадлежала ещё самому последнему общему предку. Чтобы подтвердить свою догадку, учёные построили генеалогическое дерево протонной пирофосфатазы. В итоге в большей или меньшей степени близкие друг другу гены пирофосфатазы были найдены у 31 вида эукариот, 231 вида бактерий и 17 видов архебактерий. Самое простое объяснение полученным результатам — то, что этот фермент действительно перешёл по наследству от единого предка, у которого были и этот фермент, и органелла.
Статья с результатами исследования опубликована в журнале Biology Direct.
Одно из возражений такой гипотезе основывается на способности бактерий и архей поглощать гены и целые органеллы извне и встраивать их в свой организм. То есть и органеллу, и ген бактерии и археи могли получить не по наследству от предка, а от проходящей мимо эукариотической клетки. Но в этом случае, как замечают авторы статьи, генеалогическое древо пирофосфатазы было бы просто невозможно построить. Кроме того, схема передачи гена пирофосфатазы между видами похожа на аналогичные схемы для других генов, эволюционные пути которых хорошо известны.
Исследователи отмечают, что общему предку вовсе не обязательно было выглядеть проще своих потомков — например, тех же бактерий. Бактерии могли упроститься и утратить органеллы под влиянием среды обитания: населяя экстремальные экологические ниши, бактериям жизненно необходимо поддерживать высокую скорость размножения, и слишком большая сложность клетки была бы этому лишь помехой.