Mįslingas „ne visai virusas“: mokslininkai aptiko gyvybės formą, kuri griauna visus supratimus apie gyvybę

Japonų mokslininkų grupė, bendradarbiaudama su tarptautiniais partneriais iš Dalhauzio universiteto ir Cukubos universiteto, aprašė mikroskopinį archėją, pavadintą Candidatus Sukunaarchaeum mirabile.

Ji pasižymi mažiausiu šiai grupei kada nors užfiksuotu genomu ir gyvena taip paprastai, kad atsiduria ties neryškia riba tarp gyvų ląstelių ir virusų. Šis atradimas verčia mokslininkus grįžti prie pamatinių klausimų apie tai, ką reiškia būti gyvam ir kaip paslaptingi mikrobai padeda valdyti vandenynų ekosistemas. Tyrimas buvo paskelbtas „bioRxiv“.

Genomas, gyvenantis ant ribos

Istorija prasidėjo, kai mokslininkai sekvenavo jūrinio planktono DNR ir pastebėjo genetinius fragmentus, kurie neatitiko jokio žinomo organizmo. Rekonstravus šiuos fragmentus, paaiškėjo, kad tai žiedinis genomas, kurio dydis siekia apie 238000 bazių porų.

Palyginimui, ankstesnis rekordininkas tarp archėjų, Nanoarchaeum equitans, turi apie 490000 bazių porų, tad šis naujokas išsaugojo vos pusę savo ir taip minimalistiško giminaičio DNR.

Beveik visas šis mažytis genomas yra skirtas genetinės informacijos apdorojimui. Mikrobas išlaiko pagrindines instrukcijas DNR kopijavimui ir ribosomų, kurios ją nuskaito, kūrimui, tačiau įprastų metabolizmo takų energijai išgauti ar aminorūgštims bei vitaminams gaminti nėra. Panašu, kad jis nesugeba pasigaminti didžiosios dalies to, ko jam reikia, ir vietoj to pasikliauja savo šeimininko resursais.

Tyrimo autoriai jį apibūdina kaip „ląstelinį subjektą, išsaugojusį tik savo replikacinį branduolį“ – ši frazė parodo, kaip arti jis priartėja prie ribos tarp ląstelės ir kažko paprastesnio.

Ne virusas ir ne vadovėlinė ląstelė

Vis dėlto Sukunaarchaeum nėra virusas. Jis vis tiek pats kuria savo ribosomas ir informacinę RNR, užuot visą šį aparatą skolinęsis iš šeimininko. Tuo pat metu jo mažytis genomas ir kryptingas susitelkimas į naujų savo kopijų kūrimą daro jo gyvenimo būdą stebėtinai panašų į virusinį.

Žurnalo „Science“ ataskaitoje pažymima, kad jo DNR „sutelktas beveik išimtinai į replikaciją“, ir keliama prielaida, kad jis gali būti evoliuciniame kelyje tarp tradicinių ląstelių ir visiškai virusinių strategijų.

Kur gi įrašyti tokią būtybę gyvybės medyje? Šiuo metu genetiniai palyginimai priskiria Sukunaarchaeum giliai archėjų domenui, neseniai pripažintai šakai, kuri stovi atskirai nuo anksčiau žinomų grupių. Kitaip tariant, net archėjų, kurios ir taip apima daugybę ekstremalių specialistų, viduje evoliucija gali sutrumpinti genomą kur kas stipriau, nei buvo įsivaizduojama daugumoje vadovėlių.

Mažytis planktono keleivis, maitinantis planetą

Šiuo metu Sukunaarchaeum buvo aptiktas tik planktoninio dinoflageliato, vadinamo Citharistes regius, viduje, kuris dreifuoja šiltuose vandenyno vandenyse. Archėja elgiasi kaip holoparazitas – matyt, pasiima iš savo šeimininko viską, kas būtina, ir nieko neduoda mainais. Ji laikoma pirmąja žinoma parazitine archėja.

Kai tyrėjai išnagrinėjo pasaulines vandenyno DNR apžvalgas, jie aptiko giminingų sekų daugelio regionų jūros vandenyje. Šis dėsningumas rodo, kad ši keista linija yra platesnės paslėptos bendruomenės, gyvenančios kartu su smulkiais jūriniais organizmais, dalis, o ne vienkartinis kuriozas.

Šie tylūs santykiai yra svarbūs, nes planktono bendruomenės padeda varyti vandenyno anglies siurblį ir palaiko mitybos grandines, kurios maitina žuvis, jūros paukščius ir žmones. Parazitai ir simbiontai gali keisti tai, kaip jų šeimininkai auga, dalijasi ir perdirba maistines medžiagas.

Jei Sukunaarchaeum ir jo giminaičiai keičia juos nešiojančio planktono metabolizmą, jie gali tapti dar viena svirtimi, siejančia mikroskopinį pasaulį su klimatu ir biologine įvairove. Kol kas mokslininkai tiesiog žino, kad tokia partnerystė egzistuoja, o jos ekologinis poveikis vis dar nežinomas.

Kodėl tai svarbu evoliucijai ir astrobiologijai

Ekstremalus genomo redukavimas jau žinomas kai kurių bakterinių ir archėjinių simbiontų tarpe, tačiau Sukunaarchaeum šį modelį nuveda beveik iki ribos. Jis ištrina įprastas etiketes, tokias kaip „ląstelė“, „virusas“ ir „nepriklausomas organizmas“, bei patvirtina idėją, kad gyvybę geriau vertinti kaip išgyvenimo strategijų spektrą, o ne kaip aiškų kategorijų rinkinį.

Kai kurie tyrėjai jį net apibūdina kaip galimą „gyvąją iškaseną“, kuri užsimena apie senovinius perėjimus tarp skirtingų biologinių subjektų rūšių.

Čia taip pat esama astrobiologijos aspekto. Įsivaizduodami gyvybę Marse ar apledėjusiuose išorinės Saulės sistemos palydovuose, mes dažnai įsivaizduojame savarankiškus mikrobus, panašius į tuos, kurie pavaizduoti mūsų mokyklų diagramose.

Sukunaarchaeum primena, kad tikroji gyvybė gali būti labiau priklausoma, labiau redukuota ir keistesnė, nei teigia šios diagramos. Praktiškai tai reiškia, kad būsimoms misijoms gali tekti ieškoti ne tik laisvai gyvenančių ląstelių, bet ir genetinių „pakeleivių“, besislepiančių kitų organizmų viduje.

Galiausiai ši mažytė archėja parodo, kad didžioji dalis Žemės biologinės įvairovės vis dar nematoma plika akimi ir tik dabar pradeda ryškėti dėl mūsų vandenynų genetinių tyrimų.