Геологи доказали, что фрагменты графита, сформировавшиеся на дне первичного океана три с половиной миллиарда лет назад, представляют собой однозначные следы существования архей — одного из двух главных типов микробов на Земле, говорится в статье, опубликованной в журнале PNAS.

Породы формации Дрессер, где были найдены следы древнейшей сухопутной жизни"Наши замеры долей изотопов показали, что эти окаменелости носят однозначно биологическое происхождение. У нас нет прямых доказательств того, что жизнь могла существовать уже 4,3 миллиарда лет назад, однако нет никаких оснований считать, что это было невозможно в принципе, и мы планируем проверить это в будущем", — заявил Джон Уолли (John Valley) из университета Висконсина в Мэдисоне (США).

Австралийские геологи заявили, что им удалось обнаружить в Гренландии остатки бактериальных матов возрастом 3,7 млрд лет. Если интерпретация ученых верна, то находка представляет собой одни из древнейших следов жизни на Земле.

Найденные в Гренландии строматолитыОб этом говорится в статье австралийских специалистов из Университета Вуллонгонга, чья статья опубликована в журнале Nature.

Заявления об обнаружении древнейших следов жизни появляются на страницах научных журналов с регулярностью. Например, в прошлом году сообщалось, что в Австралии были найдены цирконы возрастом 4,1 млрд лет с примесью органического углерода. На этот раз почти столь же древняя находка была сделана в отложениях формации Исуа на юго-западе Гренландии.

Из этой формации, чей возраст составляет 3,7 млрд лет, ранее был уже известен биогенный графит. Однако сейчас, когда оттаявшая вечная мерзлота обнажила новые участки пород, в руки ученых попало нечто более интересное – древние строматолиты. Так называются бактериальные колонии, под которыми на морском дне отлагаются особые слоистые карбонатные осадки.

Именно такие минеральные осадки, образующиеся в результате жизнедеятельности бактериальных матов, и были найдены учеными. Размер строматолитов составляет 1-4 сантиметров. До этого древнейшие бесспорные строматолиты были обнаружены в Западной Австралии. Их возраст равняется 3,48 млрд лет, так что гренландские строматолиты старше более чем на 200 млн лет – если они действительно являются тем, за что их принимают ученые.

В этом как раз есть некоторые сомнения. Дело в том, что гренландские породы сильно метаморфизованы, то есть за прошедшие миллиарды лет они не раз подвергались воздействию высоких температур и других факторов внешней следы. Поэтому скептики уже успели отметить, что минеральные структуры, принятые авторами статьи за древние строматолиты, могли образоваться гораздо позднее в недрах Земли под действием горячих карбонатных вод.

Источник: infox.ru

Тихоходки, единственные на Земле многоклеточные, способные жить и даже размножаться в открытом космосе, вероятно, приобрели эту способность, позаимствовав примерно 18% своей ДНК у архей, бактерий, растений и даже грибков, говорится в статье, опубликованной в журнале Proceedings of the National Academy of Sciences.

Тихиходка Hypsibius dujardini"У нас и понятия не было, что геном какого-то животного может содержать так много чужой ДНК. Мы знали, что многие животные часто заимствуют гены у других существ, но мы совсем не ожидали того, что это может происходить в столь промышленных масштабах", — заявил Боб Гольдштейн (Bob Goldstein) из университета Северной Каролины в Чапел-Хилле (США).

В 2007 году ученые совершили удивительное открытие, анализируя данные, собранные российским биоспутником "Фотон-М3": оказалось, что тихододки, небольшие беспозвоночные, дальние родичи раков и насекомых, способны выживать очень долгое время в открытом космосе и даже размножаться в условиях полной невесомости и отсутствия пищи и воды.

Эти необычные качества, как рассказывает Гольдштейн, привлекли внимание многих биологов, генетиков и планетологов, и они решили расшифровать и проанализировать геном этих необычных беспозвоночных, избрав в качестве подопытных тихоходок вида Hypsibius dujardini, побывавших в космосе на борту зонда.

Геном у этих существ относительно большой для их размеров и положения на древе эволюции – он содержит в себе около 215 миллионов "букв"-нуклеотидов, что примерно в два раза больше, чем у червей-нематод, которых ученые используют для экспериментов с беспозвоночными.

Когда ученые начали подсчитывать и изучать гены, их ожидал большой сюрприз – свыше 6,5 тысяч участков ДНК из 38 тысяч генов были "позаимствованы" у других организмов. Большая часть из них была получена от бактерий-экстремофилов, но при этом в геноме тихоходок так же присутствуют гены растений, грибов и архей.

Как данному беспозвоночному удалось "экспроприировать" все эти шесть тысяч генов? По мнению Гольдштейна и его коллег, причиной этого является невероятная способность этого существа к выживанию.

Тихоходки, как объясняют генетики, способны переносить экстремальные формы обезвоживания, когда доля воды в их организме падает до 1-2% от нормы. Когда их тело высушивается, ДНК Hypsibius dujardini, скорее всего, распадается на крупные фрагменты. В тот момент, когда период экстремальных условий заканчивается, их тело заново наполняется водой, и особые белки "сшивают" и восстанавливают поврежденную ДНК.

В этот момент в клетки, благодаря расширенным порам, могут попадать фрагменты чужой ДНК, которые "вшиваются" в геном и остаются в нем, если их появление не приводит к фатальным последствиям для тихоходки и помогает ей выживать. Благодаря этому ДНК тихоходок стало мозаикой из множества своих и чужих участков за 550 миллионов лет эволюции этих существ.

Учитывая то, что многие из этих генов отвечают за реакцию на стресс, починку ДНК и противодействие различным экстремальным факторам, вполне возможно, что данные существа приобрели способность выживать в космосе благодаря позаимствованным генам.

Как считают Гольдштейн и его коллеги, их открытие говорит о том, что так называемый вертикальный обмен генами – заимствование их у других организмов, дирижирует не только эволюцией микробов, среди которых он распространен, но и многоклеточных существ.

Источник: РИА Новости

Микробиологи из института имени Карла Вёзе в Калифорнии обнаружили, что некоторые архебактерии впадают в спячку при контакте с вирусом. Подробности этого механизма были опубликованы в журнале mBio.

АрхеиАрхебактерии Sulfolobus islandicus, как оказалось, чутко реагируют на присутствие вирусов. Оказывается, что, ощутив присутствие вируса SSV9, Sulfolobus засыпают, перестают размножаться и расти. Таким образом они защищаются от возможного инфицирования, даже в том случае, если вирус находится в неактивном состоянии. Однако такой способ защиты опасен для архебактерий  — они могут оставаться в спящем состоянии от 24 до 48 часов, и если за это время вирус исчезнет, они вернутся к обычной жизни, если же нет, то погибнут.

Но архебактерии, как говорят микробиологи, «делают ставку». Они могут умереть, но, очевидно, с точки зрения эволюции это менее рискованно, чем заразиться и передать вирус дальше.

Sulfolobus islandicus обладают легко адаптирующейся иммунной системой. Они ощущают присутствие ДНК вируса, находят у себя тот отрезок ДНК, которые соответствует вирусу и «дезактивируют» этот отрезок, впадая в спячку. Те археи и бактерии, которые не имеют подобного свойства, заражаются вирусом и погибают, заражая окружающих.

Это открытие, по мнению микробиологов, показывает, как мало еще известно ученым о связях бактерий и вирусов, и как много еще предстоит узнать в этой сфере.

Источник: Научная Россия

Озеро Восток — седьмое по объёму и четвёртое по глубине на Земле (250×50 км при глубине 1,2 км), но вот слишком оживлённым его назвать трудно: почти 4-километровый ледяной панцирь, накрывающий водоём, делает его ближе к подлёдному океану Европы, нежели к какому-нибудь там Эри или Гурону. Света нет, фотосинтеза, скорее всего, тоже, температура ожидаемо невысока, поступление питательных веществ извне равно нулю... Впрочем, повод надеяться на жизнь всё-таки был.

Как полагают исследователи, нижние слои озера, заполненные осадочными отложениями и подогреваемые гидротермальными источниками, могут быть анаэробными, а верхние слои, напротив, насыщены кислородом. Возможные виды метаболизма «востоковцев». (Здесь и ниже иллюстрации Shtarkman et al.) И тем не менее метагеномный анализ из четырёх образцов льда, образованного водой из этого озера, показал наличие 3 507 уникальных последовательностей генов на 500 мл пресной воды. Группа учёных под руководством Юрия Штаркмана, сейчас работающего в Национальной лаборатории Оук-Ридж (США), уверена: теперь нельзя сказать, что это какие-то пришельцы, попавшие в озеро с буровой жидкостью. Из всего этого богатства удалось идентифицировать лишь 1 623 последовательности, остальные являются новыми видами, родственные связи которых часто очень сложно проследить, что говорит о длительном развитии в замкнутой экосистеме.

Правда, надёжно удалось установить то, что 94% последовательностей принадлежали к роду Bacteria и ещё 6% к более продвинутым эукариотам. При этом лишь две последовательности генов относились к археям — самым примитивным одноклеточным, напоминая при этом метанотрофов, известных по океанскому дну открытых водоёмов. Напомним, что ранее считалось, что археи, а это образцовые экстремофилы, могут быть очень широко представлены в «живом мире» озера Восток. Что ж, приспособляемость бактерий и эукариотов вновь была недооценена.

В целом биота оказалась очень сходной с обычной, представленной в самых разных озёрах, солоноватых водах, среде морского дна, почве, ледниках и донных отложений обычных озёр. Причём были найдены как последовательности генов анаэробов, так и аэробы, равно как и холодолюбивые психрофилы, термофилы, галофилы, алкалифилы, ацидофилы, устойчивые к высыханию виды, а также различные автотрофы и гетеротрофы, включая — внимание! — некоторое количество многоклеточных организмов.

Таких последовательностей было около 150, большинство составляли грибы. Однако были найдены и последовательности генов членистоногих — довольно сложных животных, которых мало кто ожидал увидеть в таком месте, как подлёдное озеро, да на глубине в 3,7 км. По всей видимости, среди них есть очень близкие родственники дафний и ногоховосток из семейства Entomobryidae. Более того, среди многоклеточных были и организмы, идентифицировать родственные связи которых не удалось.

Также были найдены гены двусторонне-симметричных, коловраток, тихоходок, моллюсков и стрекающих. Но самого интересного, как всегда, сразу не увидишь: среди бактерий отыскались следы паразитов и симбионтов, проживающих в пищеварительной системе креветок, раков и рыб. Само собой, не обошлось и без почти родных для нашего собственного вида E. Coli и Salmonella. Вряд ли они просто заплыли за буйки: есть основания предполагать, что где-то в озере живут и их хозяева.

Как всё это понимать, если, как мы хорошо знаем, концентрация кислорода в Востоке в 50 раз выше обычной озёрной, а давление превышает 300 атмосфер? Вроде бы из этого следует, что жить там не должны даже одноклеточные, причём максимально неприхотливые... Ранее Сергей Булат, заведующий группой Петербургского института ядерной физики (Россия) сообщал, что науке неизвестны группы «кислородолюбивых» бактерий, так как бактерии появились до формирования кислородной среды на планете.

В принципе, нечто подобное учёные подозревали ещё до анализа: все эти факторы могут убить обитателей вашего домашнего аквариума, но у озера Восток на переход от поверхностного водоёма, окружённого нормальными лесами (35 млн лет назад), к периодически оттаивающему (15 млн лет назад), а затем и сегодняшнему сверхглубокому был очень плавным. В этом случае живые организмы, потреблявшие кислород, могли до некоторой степени смягчить проблему его избытка, не допуская совсем уж запредельных концентраций. Наличие в воде генов бактерий-термофилов говорит нам, что в озере есть гидротермальные источники, подогревающие его и, возможно, даже служащие основой для фотосинтеза (одна бактерия, найденная в озере, обычно растёт на морских водорослях). А там где есть всё это, логично ждать и животную жизнь. 

Но — и это факт — никто не ждал такого разнообразия до начала бурения. По сути, перед нами тысяча новых видов, и это при том, что пока учёные лишь скребутся по поверхности, ведь забранный лёд содержал воду из верхних слоёв озера, что намёрзла на его ледяную шапку.

Как отмечают авторы исследования, мы стоим перед переосмыслением того, какую среду следует считать обитаемой, а какую — нет. Если многоклеточные организмы могут жить без Солнца и доступа к атмосфере и речным стокам, несущим полезные минералы, да ещё миллионы лет подряд, то с высокой вероятностью они могли бы проделать то же самое в подлёдных океанах Европы, Каллисто и других спутников планет-гигантов Солнечной системы.

Впрочем, почему только Солнечной?

Истчоник: КОМПЬЮЛЕНТА

Надцарство: Прокариоты

Общие сведения

Прокариоты (лат. Procaryota, от лат. pro — «перед», «до» и греч. karyon — «ядро»), или безъядерные — одноклеточные живые организмы, не обладающие (в отличие от эукариот) оформленным клеточным ядром.

Рис.1. Строение типичной клетки прокариотДля клеток прокариот характерно отсутствие ядерной оболочки, ДНК упакована без участия гистонов.

Генетический материал прокариот представлен одной молекулой ДНК, замкнутой в кольцо, имеется только один репликон. В клетках отсутствуют органоиды, имеющие мембранное строение.

Характерные особенности прокариот

• Отсутствие оформленного ядра
• Наличие жгутиков, плазмид и газовых вакуолей
• Структуры, в которых происходит фотосинтез — хлоросомы
• Формы размножения — бесполый способ, имеется псевдосексуальный процесс, в результате которого происходит лишь обмен генетической информацией, без увеличения числа клеток.
• Размер рибосомы — 70s(по коэф. седиментации различают и рибосомы др. типов, а также субчастицы и биополимеры, входящие в состав рибосом) [1].

Эволюция прокариот

Первые простейшие одноклеточные организмы (прокариоты) появились более 4 млрд лет назад. Недавно в самых древних на Земле осадочных породах времен архея, найденных в юго-западной части Гренландии, были обнаружены следы сложных клеточных структур, возраст которых составляет по крайней мере 3,86 млрд лет. 

По одной из теорий около 4,1 - 3,6 млрд лет назад во времена эоархейского периода из существовавшего в то время разнообразия одноклеточных живых существ (прокариот) (рис. 1) проживавший тогда первый наш общий предок разделился на несколько ветвей, которые в последствии в свою очередь разделились на ныне существующие царства (животных, растений, грибов, протистов, хромистов, бактерий, архей и вирусов). Со временем остальные жители того периода не выдержали с ними конкуренции и исчезли с лица Земли.

По другой теории - как такового общего предка не существовало, а первые обитавшие в то времы простейшие с помощью горизонтального переноса генов между собой, постояно эволюционировали. Предполагается, что на самых ранних этапах эволюции существовало некое общее генное "коммунальное хозяйство". Картина эволюционных связей в мире предковых прокариот представляла собой не столько дерево, сколько своего рода мицелий с переплетенной сетью горизонтальных переносов в самых разнообразных и неожиданных направлениях. По мере усложнения организмов и развития механизмов полового размножения и репродуктивной изоляции горизонтальный перенос становился более редким явлением. В это же время благодаря вирусам-бактериофагам у бактерий появляется и простейшая имуная система. [2]

В отличае от эукариотической клетки, прокариотическая клетка генерирует энергию не с помощью митохондрий (которые у нее отсутствуют), а с помощью покрывающей  их мембраны. В следствие этого,  прокариотической клетки не хватит энергии для синтеза белков. Простое увеличение складок внешней мембраны положение не особо спасает (хотя и такие клетки известны). С данным способом наращивания мощности увеличивается и число ошибок в работе энергетической системы. В клетке накапливаются нежелательные молекулы, способные её погубить. Все это привело к тому, что прокариотические клетки так и остались в тысячи раз меньше эукариотических и их геномный материал в разы меньше более совершенных эукариот.

Разделение классификации прокариот:

При изучении микроорганизма Haloarcula marismortui биологи из Университета Фрайбурга, московского Института микробиологии им. С. Н. Виноградского РАН и Иллинойсского университета в Урбане и Шампейне составили описание нового метаболического пути.

Микроорганизм Haloarcula (иллюстрация из кн.: Gerard J. Tortora, Berdell R. Funke, Christine L. Case. Microbiology: An Introduction. — Addison and Wesley Longman Inc., New York, 2009) Поглощая пищу, организмы преобразуют сложные соединения и получают источники энергии и «строительные блоки», которые затем используются при создании необходимых веществ — к примеру, углеводов и жирных кислот. Важнейшую роль посредника в этих процессах играет ацетил-кофермент А. Последний также может превращаться в малат, применяемый в синтезе аминокислот и других значимых соединений.

Растения, а также отдельные грибы и бактерии трансформируют ацетил-кофермент А в малат в так называемом глиоксилатном цикле. Лишь в 2007 году учёные обнаружили альтернативный цикл, используемый некоторыми микроорганизмами.

Архей Haloarcula marismortui, населяющий солёное Мёртвое море, лишён фермента изоцитратлиазы, необходимого для реализации глиоксилатного цикла. Более того, у него отсутствовали некоторые гены, которые требуются для синтеза ферментов, задействованных в альтернативном цикле. «Эти факты явно указывали на то, что Haloarcula marismortui заслуживает детального изучения», — говорит один из авторов работы Иван Берг

На наблюдения за археем биологи потратили более двух лет. В результате был открыт третий, ранее неизвестный и более длинный метаболический путь — «метиласпартатный цикл».

Новый цикл интересен сам по себе, но ещё более привлекательным его делает список участвующих ферментов. Исследуя эти энзимы, биологи обнаружили поразительное сходство с ферментами древних бактерий; скорее всего, Haloarcula marismortui «позаимствовал» у них необходимые гены в процессе горизонтального переноса. Микроорганизм, таким образом, пошёл по короткому эволюционному пути и скопировал готовый генетический код.

Экспериментально установлено, что метиласпартатный цикл характерен не только для Haloarcula marismortui, но и для микроорганизма Natrialba magadii. По предварительным оценкам, его должна использовать примерно половина видов галобактерий, живущих в средах с высоким содержанием солей.

Полная версия отчёта опубликована в журнале Science. 

Источник: КОМПЬЮЛЕНТА

В конце пермского периода (около 250 млн лет назад) за какие-то сотни тысяч лет на планете исчезло до 90% всех видов.

Methanosarcina acetivorans (изображение James Ferry / Penn State University)Судя по геологической летописи, сначала жизнь медленно увядала из-за постепенного подкисления океана и сокращения кислорода в воздухе и воде. Тех, кто остался, добили извержения вулканов и метеориты. По другой теории, в атмосфере оказались залежи метана, обычно спрятанные на морском дне, что привело к глобальному потеплению. Новое исследование утверждает, что ключевую роль в катастрофе сыграли бактерии.

Дело в том, что причина метановых выбросов остаётся неизвестной. Дэниэл Ротман из Массачусетского технологического института (США) и его коллеги путём генетического анализа выяснили, что археи из рода Methanosarcina приобрели способность поглощать никель и производить метан около 251 млн лет назад.

Так родилась следующая гипотеза. Сначала масштабные извержения сибирских вулканов выбросили никель в атмосферу, и тот каким-то образом попал в океан. В результате начался расцвет морских бактерий, использующих этот элемент в процессе обмена веществ, и атмосфера насытилась метаном, а в воде стало меньше кислорода (потому что бактерии добавляют молекулу кислорода к метану в ходе обмена веществ). Поскольку метан — парниковый газ, климат стал неблагоприятным для большинства форм жизни.

Комментаторы отмечают остроумность гипотезы, но указывают на ряд натяжек. Например, совершенно непонятно, как огромное количество никеля из лавовых потоков Сибири могло оказаться в океане по всему миру.

Результаты исследования были представлены на конференции Американского геофизического союза.

Источник: КОМПЬЮЛЕНТА

В природе метан образуется из органических остатков в условиях отсутствия кислорода. И если бы не архебактерии, которые его окисляют, живым существам на Земле пришлось бы туго: метан намного более сильный парниковый газ, чем CO₂, и глобальное потепление он устроил бы нам в куда более сжатые сроки.

Колония метанокисляющих архей и сульфатредуцирующих бактерий, выглядящих как белые нити (фото Kai-Uwe Hinrichs / MARUM)Естественно, учёных интересует, что археи делают с метаном. Считалось, что этот газ служит микроорганизмам одновременно и источником энергии, и поставщиком углерода. То есть постулировалось, что метанокисляющие археи — типичные гетеротрофы, которые строят свою органику не из неорганического углекислого газа, как, например, растения, а из органических молекул метана, пусть и довольно простых.

Около десяти лет назад учёные из Института микробиологии моря Общества Макса Планка иУниверситета Бремена (оба — ФРГ) начали исследования термофильных метанокисляющих бактерий, которые живут на глубине более двух тысяч метров вблизи берегов Мексики в содружестве с сульфатредуцирующими бактериями. И им удалось выяснить странную вещь: эти бактерии оказались автотрофами, то есть они использовали для построения собственной органики не метан, а углекислый газ. Выяснить это удалось с помощью радиоактивно меченых молекул того и другого: метан шёл чисто на добычу энергии, а в синтезируемых биомолекулах оставался радиоактивный изотоп из CO₂. 

С экологической точки зрения это равносильно тому, как если бы вдруг оказалось, что львам нужно время от времени выходить на солнце для фотосинтеза. Впрочем, бактерии и археи часто бывают очень неординарны по своим экологическим и молекулярно-биохимическим повадкам, поэтому совсем не приходится удивляться тому, что археи пренебрегают таким очевидным ресурсом для биосинтеза, как метан, и используют вместо него углекислый газ. Так или иначе, они в этом смысле оказывают двойную пользу, избавляя океан и атмосферу сразу от двух парниковых газов.

Результаты исследований опубликованы в журнале PNAS.

Источник: КОМПЬЮЛЕНТА