С помощью математического моделирования биологи из Университетского колледжа Лондона выяснили, что последний всеобщий предок (ПВП), живший четыре миллиарда лет назад, обладал «протекающей» мембраной. Этот факт помог найти ответ на два важных вопроса биологии: почему все клетки пользуются одним и тем же механизмом сбора энергии и почему у двух доменов живых существ, которые первыми разошлись в ходе эволюции (бактерии и археи), настолько различается строение мембран. Исследование представлено в журнале PLoS Biology.
Ученые считают, что ПВП (это был одноклеточный организм) обитал у гидротермальных источников на дне океанов, где богатая положительно заряженными частицами морская вода смешивалась с теплой щелочной жидкостью (где протонов, наоборот, было мало). Такой градиент протонов позволил частицам попадать в клетку, способствуя выработке молекул АТФ — главного источника энергии для всех биохимических процессов. А благодаря «дырявой» мембране протоны легко покидали организм, уступая свое место новым частицам. Модель биологов показала, что скорость притока и оттока протонов в клетку была достаточно велика, чтобы обеспечить ее рост.
Однако чтобы покинуть подводную среду ПВП пришлось «научить» свою мембрану самостоятельно выкачивать протоны из клетки. Эту проблему археи и бактерии решили по-разному, создав различные структуры «зашитых» мембран и протонные насосы. Идея возникшего естественным образом внешнего градиента положительно заряженных частиц позволяет объяснить, почему биоэнергетика мембраны у бактерий и архей одинакова, хотя протонные насосы и сами мембраны устроены по-разному.
Разделение живых существа на бактерии и археи
Credit: Victor Sojo et al