Возможно, еще в истории исследований и философии люди пытались выяснить, как возникла жизнь на Земле.
В последние десятилетия, с экспоненциальным прогрессом в области геномики, молекулярной биологии и вирусологии, несколько ученых, занимающихся этим поиском, занялись изучением эволюционных поворотов и поворотов, которые привели к появлению эукариотических клеток, типа клеток, которые составляют большую часть формы жизни сегодня.
Наиболее широко распространенные теории утверждают, что эукариотическая клетка является эволюционным продуктом внутриклеточной эволюции протоэукариотических клеток, которые были первыми сложными клетками, и симбиотических отношений между протоэукариотическими клетками и другими одноклеточными и более простыми организмами, такими как бактерии и археи. Но, по словам профессора Масахару Такемура из Токийского научного университета, Япония, «Эти гипотезы объясняют и объясняют движущую силу и эволюционное давление. Но они не могут точно описать процесс, лежащий в основе эволюции ядра эукариот».
Профессор Такемура ссылается на это как на мотивацию своей недавней статьи, опубликованной в Frontiers in Microbiology , где он изучает недавние теории, которые, в дополнение к его собственным исследованиям, построили его текущую гипотезу по этому вопросу.
В некотором смысле гипотеза профессора Такемуры уходит корнями в 2001 год, когда он вместе с П.Дж. Беллом сделал революционное предположение, что большие ДНК-вирусы, такие как поксвирус, имеют какое-то отношение к возникновению ядра эукариотических клеток. Профессор Такемура далее объясняет причины своего исследования ядра эукариотической клетки как такового: «Хотя структура, функция и различные биологические функции ядра клетки были интенсивно исследованы, эволюционное происхождение ядра клетки стало важной вехой в развитии. эукариотическая эволюция, остается неясным».
Происхождение эукариотического ядра действительно должно быть важной вехой в развитии самой клетки, учитывая, что это определяющий фактор, который отличает эукариотические клетки от другой широкой категории клеток — прокариотических клеток. Эукариотическая клетка аккуратно разделена на мембраносвязанные органеллы, которые выполняют различные функции. Среди них ядро содержит генетический материал. Другие органеллы плавают в так называемой цитоплазме. Прокариотические клетки не содержат такой компартментализации. Бактерии и археи — это прокариотические клетки.
Гипотеза 2001 г., выдвинутая профессором Такемурой и П. Дж. Беллом, основана на поразительном сходстве между ядром эукариотической клетки и поксвирусами: в частности, на свойстве сохранять геном отдельно в компартменте. Дальнейшее сходство было обнаружено после открытия и характеристики типа большого ДНК-вируса, называемого «гигантский вирус», который может иметь диаметр до 2,5 мкм и содержать ДНК, «кодирующую» информацию для производства более 400 белков. Независимый филогенетический анализ показал, что гены передавались между этими вирусами и эукариотическими клетками, поскольку они взаимодействовали на различных этапах эволюционного пути в процессе, называемом «латеральный перенос генов».
Вирусы представляют собой «пакеты» ДНК или РНК и не могут выжить сами по себе. Они должны войти в клетку-хозяин и использовать механизмы этой клетки для воспроизведения ее генетического материала и, следовательно, размножения. По мере развития эволюции вирусный генетический материал стал интегрироваться с генетическим материалом хозяина, и свойства обоих изменились.
В 2019 году профессор Такемура и его коллеги сделали еще одно прорывное открытие : медузавирус. Медузавирус получил свое название потому, что, подобно мифическому чудовищу, он вызывает энцистизацию у своего хозяина; то есть дает своей хозяйской клетке «твердое» покрытие.
В ходе экспериментов с заражением амебы профессор Такемура и его коллеги обнаружили, что медузавирус содержит полный набор гистонов, напоминающих гистоны эукариот. Гистоны — это белки, которые удерживают нити ДНК свернутыми и упакованными в ядро клетки. Он также содержит ген ДНК-полимеразы и ген главного капсидного белка, очень похожие на таковые у амебы. Кроме того, в отличие от других вирусов, он не создает свою собственную закрытую «вирусную фабрику» в цитоплазме клетки, внутри которой реплицирует ее ДНК, и не содержит генов, необходимых для выполнения процесса репликации. Вместо этого он полностью занимает ядро хозяина и использует ядерный аппарат хозяина для репликации.
Эти особенности, утверждает профессор Такемура, указывают на то, что предковый медузавирус и соответствующие ему протоэукариотические клетки-хозяева участвовали в латеральном переносе генов; вирус приобрел гены синтеза ДНК (ДНК-полимераза) и конденсации (гистоны) от своего хозяина, а хозяин приобрел гены структурных белков (главный белок капсида) от вируса. Основываясь на дополнительных исследовательских данных, профессор Такемура распространяет эту новую гипотезу на несколько других гигантских вирусов.