Протягом десятиліть у біології панувала ідея, що найближчі предки рослин і тварин жили виключно в безкисневих умовах. Вважалося, що перші кроки до складного клітинного життя відбулися у світі, де кисень був радше отрутою, ніж ресурсом. Однак нові геномні дослідження мікроорганізмів із групи Asgard archaea — зокрема представників гілки Heimdallarchaeia — ставлять цю картину під сумнів. Виявилося, що ці мікроби мають гени, пов’язані з використанням кисню. А це означає, що здатність «дихати» могла з’явитися ще до виникнення перших справжніх еукаріотичних клітин. ДНК із морського мулу Команда під керівництвом морського біолога Бретта Дж. Бейкера з University of Texas at Austin проаналізувала величезні масиви екологічної ДНК із морських осадів і прибережних вод. Дослідники реконструювали понад 13 000 геномів мікроорганізмів, опрацювавши близько 15 терабайтів генетичних даних. Серед них — 404 геноми асґардських архей, включно зі 136 представниками Heimdallarchaeia — групи, яку вважають найближчою до предків складних клітин. У цих геномах виявили кілька метаболічних шляхів, що дозволяють розщеплювати поживні речовини за участю кисню. Раніше вважалося, що ця еволюційна лінія не мала таких можливостей. Як працює складна клітина Усі рослини, тварини та гриби складаються з еукаріотичних клітин — клітин із ядром, де ДНК ізольована мембраною. Такі клітини мають складну внутрішню організацію: різні компартменти відповідають за синтез білків, переробку відходів і виробництво енергії. Ключовим етапом у виникненні еукаріотів вважається поглинання однією клітиною іншої — подія, що дала початок мітохондріям. Ці органели, які нині забезпечують клітини енергією, походять від бактерії, що оселилася всередині архейного «хазяїна». Якщо ж обидва партнери вже могли переносити присутність кисню, це значно спрощує сценарій їхнього співіснування та подальшого злиття. Кисень як енергетичний бонус Кисень дозволяє клітині отримувати значно більше енергії з тієї ж кількості їжі завдяки аеробному диханню. Це дає змогу підтримувати більший геном, складніші білкові комплекси та розвинену внутрішню архітектуру. Водночас кисень створює агресивні побічні продукти — активні форми кисню. Щоб вижити в таких умовах, клітини повинні мати захисні ферменти. Саме такі білки й були виявлені в Heimdallarchaeia. Для перевірки їхньої функції дослідники застосували систему прогнозування структури білків AlphaFold2. Отримані тривимірні моделі показали разючу схожість із білками сучасних еукаріотів, що працюють із киснем. Форма білка визначає його функцію: якщо структура подібна, то й роль, найімовірніше, схожа. Це суттєво посилює аргументи на користь раннього виникнення кисневого метаболізму. Геологічний контекст Близько 2,4 мільярда років тому відбулася подія, відома як Great Oxidation Event — тривалий період зростання концентрації кисню в атмосфері. Саме після цього геологічного рубежу в осадових породах з’являються перші ознаки еукаріотичного життя. Якщо предки еукаріотів уже могли використовувати кисень, це узгоджується з глобальними змінами в хімії планети. Інакше кажучи, еволюція складного життя могла відбуватися не всупереч кисню, а разом із ним. Сучасні місця проживання давніх родичів Цікаво, що нинішні асґардські археї трапляються як у безкисневих, так і в змішаних середовищах — наприклад, у прибережних осадах або в товщі води, де рівень кисню коливається. Такі «плямисті» умови могли створити простір для взаємодії мікроорганізмів із різними метаболічними можливостями. Втім, наявність генів ще не гарантує їх постійної активності. Багато мікробів зберігають «резервні» інструменти на випадок стресу. Остаточно підтвердити активне використання кисню можна лише шляхом культивування цих організмів і прямого вимірювання їхнього метаболізму — а це технічно складне завдання. Переписана історія походження Нове дослідження, опубліковане в Nature, пропонує переглянути один із центральних моментів еволюційної біології. Якщо найближчі родичі наших клітин уже могли переносити та використовувати кисень, тоді поява еукаріотів була частиною ширшого процесу — адаптації життя до зміненої атмосфери Землі. Таким чином, кисень міг бути не випадковим учасником, а одним із рушіїв переходу від простих клітин до складних форм життя. Історія нашого походження дедалі більше виглядає як спільний танець біології та геохімії — де зміни в атмосфері відкривали нові можливості для клітин, а клітини, своєю чергою, змінювали планету.