Становится общепринятой точка зрения, что древовидная структура родства между группами прокариот не отражает адекватно реальность из-за очень широкого распространения горизонтального переноса генов. Поэтому сейчас фактически говорят не о «древе жизни», а вводится понятие «лес жизни», то есть для разных генов необходимо строить разные деревья. Обмен генами между далекими группами постоянно происходит и накладывает серьезный отпечаток на всю структуру родства между группами прокариот. В общем, получается не древовидная структура, а сетевидная, переплетенная.
В обсуждаемой работе показано, что, по-видимому, в начале дивергенции крупных групп архей происходило массированное заимствование генов у разных бактерий, причем именно в таком направлении. При этом наиболее четко это выражено у групп, к которым относятся археи-метаногены, то есть использующие в качестве субстрата водород и углекислый газ. Это единственный тип энергетического метаболизма, который есть только у архей. По всей видимости, от них произошло несколько групп неметаногенных архей-гетеротрофов, которые отказались от метаногенеза, потому что они заимствовали у различных бактерий множество генов, связанных с обменом веществ. Благодаря этому они изменили тип обмена веществ с автотрофного на гетеротрофный и освоили разные новые местообитания. В особенности много бактериальных генов получили предки нынешних галоархей — это такая интересная группа микробов, которые обитают в очень соленых водоемах, например в Мертвом море. Оказывается, у истоков этой группы был массированный захват бактериальных генов.
Было бы странно предполагать, что археи, благодаря заимствованию генов у бактерий, стали в среднем более экстремофильными, чем сами бактерии. Скорее, экстремофильность нынешних архей связана с их не очень большой конкурентоспособностью по сравнению с бактериями в богатых средах. Трудно сказать почему, но у бактерий легче получается освоение новых типов метаболизма, связанного с использованием готовых органических субстратов. Жизнь в сложной насыщенной биотической среде — это конек современных бактерий, поэтому они сплошь и рядом являются симбионтами животных, растений, осваивают внутриклеточный образ жизни: существует огромное количество внутриклеточных бактерий-симбионтов, а также патогенных, вызывающих разные заболевания у животных и растений. Ничего из этого не свойственно для архей. Нет ни одной инфекционной болезни, например, у человека, которую бы вызывали археи.
Археи — это существа-«интроверты», обращены сами в себя, у них очень плохо получается конкурировать с бактериями по части освоения богатой и разнообразной биотической среды. У нас в кишечнике живет огромное разнообразие бактерий, но там есть и археи. Какие археи там живут? Метаногены! Это фантастика: метаногенез очень древний и примитивный тип метаболизма, который основан на том, что микроб берет из окружающей среды молекулярный водород H2 и углекислый газ CO2 и при помощи сложной последовательности химических реакций строит органические вещества, используя водород как восстановитель, а в качестве побочного продукта производит метан. Добывать себе пропитание таким странным древним способом, находясь в кишечнике, то есть в окружении богатейшего разнообразия готовых питательных веществ, — такое могут только археи.
Некое свойства архей ограничивает способность их адаптации к сложному органическому окружению. Это логически можно связать с открытием У. Мартина и соавторов. Чтобы породить новую процветающую группу архей, им нужно сначала заимствовать комплекс метаболических генов у бактерий. Получение генов позволяло им перейти на другой тип метаболизма, отказаться от древнего автотрофного метаногенеза — тогда у них получался биологический прогресс, некая новая группа может освоить маргинальные, но ранее недоступные среды обитания.
Много остается вопросов, на которые нет ответа, самый интересный — первичная дивергенция на бактерий и архей от последнего общего предка. Что было стимулом? Как это произошло? У архей, с одной стороны, замкнутый в себе «характер»: легко усваивают экстремальные условия, но трудно осваивают богатые органикой разнообразные среды, даже в кишечнике занимаются примитивным метаногенезом. С другой стороны, у них очевидная способность к заимствованию генов у других организмов, которая привела не только к появлению относительно новых клад архей (такие как галоархеи или термоплазмы), но и к появлению эукариот, так как это процесс, по сути, из того же ряда. Предок ядра и цитоплазмы эукариот, как справедливо отмечают авторы данной статьи, относился к надцарству архей. Становление эукариот было опять-таки связано с массированным заимствованием генов этим микроорганизмом именно у бактерий. Это были гены периферии. Сердцевина, система работы с генетической информацией: репликация, транскрипция, трансляция, строение рибосом — это осталось у эукариот, грубо говоря, в основном архейное. А вся периферия, обмен веществ, сигнальные, регуляторные системы и даже клеточная мембрана — это все стало бактериальным благодаря массивному горизонтальному обмену.
