Архея Локі показала, як стародавні без'ядерні мікроби могли дати початок еукаріотичним клітинам.
Життя на Землі ділиться на три домени: еукаріоти (птиці, звірі, риби, черви тощо, всі багатоклітинні і ще маса одноклітинних організмів), бактерії та археї. Еукаріоти відрізняються від двох інших за цілою низкою важливих ознак - в їх клітинах є ядро, в якому зберігається генетичний матеріал, а також цілий набір клітинних органоїдів, зроблених з ліпідних мембран; крім того, у еукаріот є маса відмінностей на рівні найбільш базових молекулярних процесів, як-то: синтез білка, реплікація ДНК тощо.
Бактерій і архей (яких раніше називали архебактеріями) довгий час об'єднували разом, оскільки ні у бактерій, ні у архей немає ядра і мембранних органел, проте згодом виявилося, що одні досить сильно відрізняються від інших. Перераховувати відмінності ми не будемо, скажімо лише, що у архей виявили безліч особливостей, спільних з еукаріотами. І з археями ж пов'язана одна з головних гіпотез походження еукаріот. Бактерії на Землі, очевидно, з'явилися раніше, і довгий час біологи не могли зрозуміти, як і звідки поруч з бактеріями з клітини з ядрами і внутрішньоклітинними складноорганізованими мембранами. І ось, коли археями зайнялися у всеозброєнні молекулярно-генетичних методів, виникла версія, що еукаріоти є результат симбіозу між звичайною бактерією (або еубактерією) і археєю.
Але в яких саме родинних відносинах знаходяться еукаріоти і археї, все одно залишалося неясним. З одного боку, і ті, і інші могли статися від одного спільного предка. З іншого боку, еукаріотична клітина могла виникнути всередині якоїсь вже сформованої архейної групи. Зробити вибір тут можна було б, якби знайшовся ще якийсь вид архей, за допомогою якого можна було б глибше прояснити генетичні взаємозв'язки між двома доменами.
І такий вид було знайдено: у статті в Nature група дослідників з Уппсальського університету описує архію Lokiarchaea, названу так тому, що виявили її в ґрунті поруч із «Замком Локі» - системою гідротермальних джерел на Срединно-Атлантичному хребті, між Норвегією і Гренландією.
Початковий аналіз показав, що Lokiarchaea належать до однієї з найбільших груп морських архей, яких, правда, досі не вдається культивувати в лабораторних умовах (що для архей, та й для бактерій, зовсім не рідкість). Метагеномний аналіз дозволив зібрати воєдино 92% генетичного матеріалу, після чого виявилося, що близько 175 білків Lokiarchaea вельми близькі еукаріотичним аналогам, які беруть участь у формуванні мембран, зміні форми клітини і фагоцитозе (тобто мембранному захопленні часточок із зовнішнього середовища). Більш того, еукаріоти, мабуть, сформувалися як окремий кластер вже всередині цієї групи морських мікробів. Сам Lokiarchaea, безсумнівно, відноситься до архівів, проте в минулому у нього і у еукаріот був загальний архейний предок.
Одна з проблем, що виникають у зв'язку з гіпотезою про злиття архей і бактерій в одну еукаріотичну клітку - відсутність і у бактерій, і у архей здатності до фагоцитозу. Тобто вони не можуть утворити впячування у своїй зовнішній оболонці і укласти в себе якийсь об'єкт, адже якщо ми дотримуємося гіпотези про симбіоз, то одна клітина повинна ніби сховати в себе іншу.
У більшості бактерій і архей, крім зовнішньої мембрани, є ще й міцна клітинна стінка, яка завадила б фагоцитозу, задумай клітина його здійснити; але, крім того, тут потрібно вміти ще й досить тонко маніпулювати власною мембраною, для чого потрібен відповідний білковий апарат. І ось, як виявилося, такий апарат, принаймні, частково, є у Lokiarchaea.
За словами Тійса Еттема (Thijs Ettema), цей мікроб ніби стоїть на початку еволюційного шляху, що веде до повноцінного фагоцитозу. Мільярди років тому схожа архея могла б, через якийсь час, врешті-решт захопити справжню бактерію - і не з'їсти її, а залишити в собі в якості симбіонта; згодом «гість» міг би перетворитися, наприклад, на мітохондрію або хлоропласт. (У дужках зауважимо, що появу ядра часто пояснюють тим, що, поселивши у себе симбіонта, клітці-господарю довелося додатково захистити від нього свій власний геном, щоб гени симбіонта не влізли в господарську ДНК, і якраз ядерна мембрана стала однією з ліній такого захисту.)
Серед інших особливостей Lokiarchaea автори роботи відзначають гени скелетного білка актину, які більше схожі на еукаріотичні актинові гени, ніж на архейні, і кілька десятків послідовностей, що відповідають особливим регуляторним сигнальним білкам - їх кількість у Loki (як ласкаво називають нового мікроба) приблизно така ж, як у багатьох одноклітинних еукаріотичних видів. Крім того, у Lokiarchaea в геномі знайшли шматок, схожий на еукаріотичний ген ESCRT, необхідний для внутрішньоклітинного переміщення мембранних бульбашок-везикул.
Тепер перед біологами стоїть завдання з'ясувати, що все-таки роблять еукаріотоподібні гени в клітинах археї. (Забруднення стороннім генетичним матеріалом дослідники вже виключили.) Очевидно, що у Lokiarchaea вони з'явилися не дарма, в іншому випадку в них накопичилося б безліч мутацій, вони втратили б функціональність і стали б генетичним сміттям. Можливо, що у мікроба є якісь зачатки, якісь елементи ендомембранних структур і білкового скелета, що нагадують такі у еукаріот. Але для того, щоб у цьому переконатися, примхливу архею доведеться навчитися вирощувати в лабораторіях. Хоча в цілому і так зрозуміло, що Lokiarchaea стала одним з найбільших відкриттів останніх десятиліть: з її допомогою ми можемо зрозуміти, що відбувалося на одному з найважливіших етапів розвитку життя, під час появи на Землі еукаріот.