Органеллы сохраняются после смерти клетки, проливая свет на происхождение сложной жизни

Учёные из Бристольского университета обнаружили, что органеллы продолжают существовать после смерти клетки, в которой они находятся. Это опровергает прежние представления о том, что органеллы распадаются слишком быстро, чтобы окаменеть.

Как описано в журнале Science Advances, исследователи из Школы наук о Земле Бристоля задокументировали процесс распада эукариотических водорослевых клеток. Они показали, что ядра, хлоропласты и пиреноиды (органеллы внутри хлоропластов) могут сохраняться в течение недель и месяцев после гибели эукариотической клетки — достаточно долго для сохранения в виде окаменелостей.

Аспирантка Эмили Карлайл охарактеризовала превращение органелл в нечто, напоминающее слизь: «Я несколько недель фотографировала клетки водорослей по мере их разложения, проверяя состояние ядер, хлоропластов и пиреноидов. Это позволило нам понять, что эти органеллы не распадаются сразу после смерти клетки, а на самом деле их растворение занимает много недель».

Первая жизнь на Земле была представлена простыми бактериями. Спустя два миллиарда лет появилась сложная жизнь в форме крупных эукариотических клеток с мембраносвязанными органеллами, такими как ядро и хлоропласты. Затем последовала эволюция грибов, растений и животных.

Однако точно определить, когда появилась сложная жизнь, оказалось трудно. Предыдущие геномные исследования предполагали, что эукариотические клетки могли эволюционировать где-то от 800 до 1800 миллионов лет назад. Этот неточный диапазон требует сужения с помощью ископаемых остатков.

«Эволюция эукариот была чрезвычайно важным событием в истории жизни на Земле, но окаменелости этих клеток трудно интерпретировать, — отметил профессор Фил Доногью. — Некоторые из них имеют структуры, которые могут быть органеллами, но долгое время существовало предположение, что органеллы не могут сохраниться, потому что они распадаются слишком быстро».

Хотя современные эукариоты включают крупные формы, ранние эукариоты были преимущественно одноклеточными, и их трудно отличить от бактериальных клеток.

Исторически для идентификации ранних эукариот использовались большой размер и сложная клеточная стенка. Однако некоторые бактерии также могут достигать больших размеров, а украшения клеточной стенки могут быть утрачены со временем. Органеллы, такие как ядра и хлоропласты, не встречаются у бактерий и были бы однозначным индикатором сложной жизни, но считалось, что они распадаются слишком быстро для окаменения.

Результаты этих экспериментов проливают свет на спорные окаменелости ранней сложной жизни, содержащие структуры внутри клеток. Доктор Джон Каннингем заявил: «Структуры в Shuiyousphaeridium — окаменелости возрастом 1700 миллионов лет — очень похожи на ядра. Ранее эта интерпретация отвергалась из-за предполагаемого быстрого распада ядер. Наши эксперименты по разложению показали, что ядра могут сохраняться в течение нескольких недель, а значит, структуры в Shuiyousphaeridium, скорее всего, являются ядрами».

Показав характер распада органелл, авторы исследования утверждают, что могут продемонстрировать присутствие сложной жизни уже 1700 миллионов лет назад, что помогает точнее и яснее выяснить их эволюционную историю.