№02 февраль 2023

Портал функционирует при финансовой поддержке Министерства цифрового развития, связи и массовых коммуникаций.

Среди микробов нашли новых древних хищников

У хищных микробов, которые откусывают куски от своей добычи, обнаружились гены, родственные некоторым иммунным генам животных.

Чтобы открыть новый вид, его нужно увидеть. Это касается и микроскопических организмов тоже, только их вы будете разглядывать в микроскоп. Конечно, тут многое зависит от того, насколько тщательно вы прочёсываете какую-нибудь экосистему на предмет новых видов, от методов поиска, от интуиции, от везения, в конце концов. С развитием ДНК-секвенирования поиск новых видов стал как будто проще. Теперь достаточно выделить смесь разных ДНК из какой-нибудь почвы или, например, из проб морской или озёрной воды. Этой ДНК будет немного, она будет повреждённой, но, тем не менее, многие гены удастся прочитать настолько, чтобы понять, кому они принадлежали, и знаем ли мы тех, кому они принадлежали. Такой поиск новых видов очень помогает, когда речь идёт о прокариотах — бактериях и археях. Раньше, чтобы их описать, их нужно было поймать и вырастить в нужном количестве в лаборатории, но многие бактерии и археи исключительно капризны в плане условий содержания. Зато их можно обнаружить по ДНК-следам.

Nibbleromonas quarantinus, один из старых новых хищников-эукариот в сканирующем электроном микроскопе. (Фото: Denis V. Tikhonenkov et al., Nature, 2022)

Однако со многими сравнительно редкими микробами ловля ДНК может оказаться безрезультатной. Их нужно ловить и культивировать в лаборатории, что особенно касается одноклеточных эукариот, которые в мире микробов играют роль хищников. Необычную группу одноклеточных хищников открыли сотрудники Института биологии внутренних вод имени И. Д. Папанина РАН вместе с коллегами из других научных центров России, Великобритании, Канады и Франции — они изучали микробных обитателей Северного ледовитого океана, северо-восточной части Тихого океана, прибрежного дна Чёрного и Красного морей и коралловых рифов Карибского моря. Во всех этих местах обнаружились представители особой группы одноклеточных эукариот, которую исследователи назвали Provora. Среди них оказались как полностью неизвестные экземпляры, так и представители ранее описанных видов. Все они быстро плавают с помощью жгутиков и активно охотятся на других эукариот (естественно, тоже микроскопических).

Чтобы получить побольше представителей Provora, их нужно было подкормить. Те микробы, которыми питались Provora, в свою очередь, ели бактерий. Прямо в образцы, где обнаружились неизвестные хищники, добавляли бактерий, и пищевая цепочка делала своё дело — хищников становилось много. Их потом пересаживали в другие условия, уже с другой одноклеточной «дичью», где они стабильно размножались.

В группе Provora обнаружились две подгруппы, отчасти схожие друг с другом и с другими одноклеточными эукариотами. Впрочем, сходства оказались достаточно поверхностными, а вот отличия весьма существенными. Достаточно сказать, что одни Provora (названные небулидиями — Nebulidia) питаются, поглощая добычу целиком, а другие, названные нибблеридиями (Nibbleridia), хотя тоже могут глотать клетки целиком, предпочитают откусывать от добычи кусочки с помощью специальных органелл, выступающих из клетки и отчасти напоминающих зубы. Благодаря зубам, кстати, нибблеридии способны кормиться на добыче, которая заметно крупнее их самих.

Тем не менее, генетический анализ показал, что обе подгруппы Provora, хотя и порядком отличаясь друг от друга, произошли от одного предка, который жил очень давно — Provora оказались древними хищниками, довольно далеко отстоящими от других эукариот в эволюционном плане.

Один из консервативных генов, последовательность которого характерна именно для Provora, обнаруживается едва ли не во всех экологических нишах Мирового океана, от поверхностных вод до донных отложений на глубине 5 км; генетические следы Provora попадались кое-где даже в пресных водах. При таком широком экологическом распространении их численность сравнительно невелика, но удивляться тому не стоит: любые хищники всегда менее многочисленны, чем те, кем они питаются, и разницы между львами и Provora тут нет. И так же, как любые хищники, Provora должны играть значительную роль во всех экосистемах, где они охотятся.

Также анализ генетических баз данных показал, что Provora, скорее всего, довольно разнообразная группа. Однако если опираться только на анализ ДНК, выделенной из окружающей среды, то они будут выглядеть в лучшем случае как какие-то странные, отдельно стоящие и ни к кому не относящиеся виды, а в худшем их вообще не будут принимать в расчёт, ведь они немногочисленны, соответственно, и генетический след от них сравнительно слаб. Это ещё один аргумент в пользу того, что в некоторых случаях новые виды стоит искать именно живьём, а не только по следам ДНК.

Появление группы Provora означает не только то, что многие прежде непонятные виды одноклеточных эукариот обретут таксономическую прописку, и даже не только то, что Provora дополняют карту экологических взаимосвязей в морях и океанах. У этих древних хищников есть белки, родственные тем, что работают в иммунных системах животных. По-видимому, Provora они нужны для охоты: чтобы прикрепиться к жертве, чтобы проделать дыру в её мембране и т. д. С учётом родства охотничьих инструментов Provora с иммунными белками можно многое понять о том, как развивались защитные системы эукариот в целом и человеческий иммунитет в частности; а если мы будем лучше понимать его историю, то будем лучше понимать и то, как он работает сейчас.

Результаты исследований опубликованы в Nature.

Автор: Кирилл Стасевич


Портал журнала «Наука и жизнь» использует файлы cookie. Продолжая пользоваться порталом, вы соглашаетесь с хранением и использованием порталом и партнёрскими сайтами файлов cookie на вашем устройстве. Подробнее