Хищные жгутиконосцы объяснят раннюю эволюцию одноклеточных

Российские ученые обнаружили совершенно новые виды телонемид — простейших, — которых ранее не замечали в природе. Шесть новых представителей отличаются от уже известных науке видов особенностями клеточного строения, в частности цитоскелетом. Полученные данные помогут ученым понять эволюцию этого внутреннего каркаса одноклеточных организмов, что объяснит их происхождение и родственные связи с другими группами живых существ. Результаты исследования, поддержанного грантом Российского научного фонда (РНФ), опубликованы в журнале Open Biology издательства The Royal Society.

Telonemia — группа малоизученных микроскопических хищников со жгутиками. Они относятся к эукариотическим, то есть ядерным, организмам и сочетают в себе признаки довольно далеких друг от друга групп, в которые входят инфузории, некоторые водоросли и грибоподобные паразиты, а также другие разнообразные существа. Вероятно, телонемиды выступают современным аналогом предкового эволюционного звена для них.

Особый интерес ученых вызывает строение цитоскелета телонемид, которое делает их одними из самых сложно устроенных эукариот. Он состоит из множества микротрубочек и микрофиламентов, охватывающих спинную и брюшную стороны организма. Цитоскелет укрепляет клетку изнутри и участвует в хищническом питании: благодаря открыванию и замыканию микротрубочкового аппарата телонемиды могут с легкостью ловить добычу, а именно других простейших. Это происходит как бы за счет «втягивания живота» и формирования полости, в которую попадает жертва.

По данным последовательностей ДНК из природных проб, в водных экосистемах могут существовать более ста видов неизвестных науке телонемид, из которых до настоящего исследования было описано только два. Поэтому на сегодняшний день невозможно точно охарактеризовать процесс эволюционных морфологических преобразований, которые привели к существованию огромного разнообразия родственных телонемидам организмов. В связи с этим существует необходимость исследовать новых представителей группы.

Ученые из Института биологии внутренних вод имени И.Д. Папанина РАН (пос. Борок) обнаружили и описали новые виды Telonemia, тем самым расширив представления о разнообразии простейших. Этих одноклеточных, которые способны обитать как в пресной, так в соленой воде, биологи обнаружили в Белом и Карском морях, а также в реке Сахрай в Адыгее и на земле Франца-Иосифа. Ученые использовали в работе с образцами необычный подход: чтобы отобрать именно телонемид, они буквально ловили их на живца, а именно на специальную суспензию клеток простейших. Внешний вид организмов изучили под микроскопом, а также проследили за их реакцией на изменение температуры и солености воды. Все это позволило исследователям убедиться в том, что в образцах оказались новые виды.

Наблюдения за телонемидами, помещенными в воду разной температуры показали, что большинство организмов не выживали при +25°С, но оставались жизнеспособными при 0°С. Это свидетельствует о том, что телонемиды хорошо переносят холодную и соленую воду, сохраняя все свои способности для питания и размножения, и, как предполагают авторы, доказывает, что их предок был морским и холодолюбивым.

Телонемиды являются сестринской группой по отношению к огромному числу других групп живых существ, среди которых, например, многие водоросли, инфузории, фораминиферы (одноклеточные с раковинкой). Они совершенно не похожи друг на друга, но произошли от общего предка, который мог напоминать жгутиковых телонемид. Исследование показало, что, во-первых, телонемиды чрезвычайно сложно устроены, а во-вторых, разные их виды сильно отличаются друг от друга и имеют признаки, схожие с родственными им таксонами. Например, некоторые имеют на жгутике уникальные волоски-мастигонемы, состоящие из трех члеников. Точно такие же волоски присутствуют на жгутиковых клетках бурых, золотистых и диатомовых водорослей, обосновывая общность их происхождения. Это говорит о том, что телонемаподобные простейшие в прошлом могли быть предками ныне существующих крупных таксонов эукариот.

«Наше исследование проясняет происхождение и эволюцию “ЦАРЯ эукариот”, а именно супергруппы TSAR. Аббревиатура TSAR является названием таксона, включающего жгутиконосцев Telonemia и их гигантскую сестринскую группу SAR (страменопилы, альвеоляты и ризарии), которые охватывают до половины всего видового разнообразия эукариот на планете и включают многие важные свободноживущие и паразитические виды. Телонемиды дают возможность изучить происхождение и эволюцию морфологических преобразований и фундаментальных клеточных инноваций в таксонах группы SAR и, в более общем плане, внести свой вклад в наше понимание разнообразия эукариот и их жизненных стратегий», — рассказывает руководитель проекта по гранту РНФ Денис Тихоненков, доктор биологических наук, главный научный сотрудник Института биологии внутренних вод РАН.