Учёные обнаружили в морском планктоне необычный микроорганизм, обладающий одним из самых маленьких геномов среди всех известных живых существ. Он лишён практически всех генов, необходимых для самостоятельного обмена веществ, но сохранил генетические механизмы размножения. Эта находка заставила биологов вновь задуматься о том, насколько простой может быть живая клетка и где проходит граница между самостоятельным организмом и полностью зависимым от других существ образованием.
Самое удивительное, что исследователи вовсе не пытались найти подобный микроб. Они изучали одноклеточный планктон Citharistes regius, собранный в поверхностных водах океана у побережья японского города Симода.
Этот планктон существует в тесной связи с цианобактериями, которые осуществляют фотосинтез. Учёные анализировали генетический материал этих бактерий, пытаясь выяснить, как сформировались подобные симбиотические отношения.
Однако среди обнаруженных геномов неожиданно выявили крошечную кольцевую молекулу ДНК, состоящую всего из 238 тысяч пар оснований. По современным представлениям, это чрезвычайно небольшой объём генетической информации для поддержания жизни.
Международная группа биологов и специалистов по вычислительным методам подробно изучила находку и описала новый организм, получивший название Sukunaarchaeum mirabile. Его назвали в честь Сукуны — духа из японской мифологии, известного своими малыми размерами и необычайной силой.
Новый микроорганизм относится к археям — одной из трёх основных групп клеточных организмов наряду с бактериями и эукариотами.
Долгое время архей считали бактериями, поскольку они также состоят из одной клетки и не имеют окружённого мембраной ядра, в котором хранится ДНК. Однако впоследствии выяснилось, что археи обладают самостоятельной эволюционной историей и целым рядом уникальных особенностей.
Именно среди архей обнаруженный организм установил рекорд: настолько маленького генома у представителей этой группы учёные прежде не встречали.
Для сравнения, некоторые вирусы содержат значительно больше генетической информации. Геномы отдельных вирусов достигают 730 тысяч и даже 2,5 миллиона пар оснований. При этом согласно общепринятым представлениям вирусы не считаются полноценными живыми организмами, поскольку не обладают собственным обменом веществ.
Но Sukunaarchaeum mirabile оказался необычайно близок к ним по степени зависимости от окружающей среды.
Анализ генома показал, что микроорганизм утратил практически все гены, отвечающие за поддержание метаболизма. Иными словами, у него отсутствует большая часть известных механизмов, позволяющих самостоятельно производить необходимые вещества и получать энергию.
Когда предварительная версия исследования появилась в 2025 году, учёные даже сравнивали образ жизни этого микроба с вирусным.
«Почти полное отсутствие распознаваемых метаболических путей указывает на то, что Sukunaarchaeum не способен поддерживать собственное существование независимо от других организмов и, по-видимому, не приносит очевидной метаболической пользы своему хозяину», — объясняют авторы работы.
Однако в окончательной опубликованной версии исследования сравнение с вирусами было исключено. Несмотря на крайнюю простоту, обнаруженный микроорганизм относится к археям, а не к вирусам.
Молекулярный биолог Торстен Аллерс из Ноттингемского университета отмечает, что для определения границ жизни особенно важно учитывать способность организма воспроизводить себя.
«Ключевой вопрос при определении жизни заключается в том, способно ли нечто воспроизводить себя и может ли оно делать это самостоятельно», — объясняет исследователь.
По его словам, открытие позволяет лучше понять, насколько простой может стать живая клетка, сохраняя при этом механизмы размножения и поддержания собственной генетической информации.
Среди известных организмов существуют бактерии, геномы которых ещё меньше, чем у Sukunaarchaeum mirabile. Но все они настолько сильно зависят от своих симбиотических хозяев, что практически утратили самостоятельность.
Подобные отношения представляют особый интерес для эволюционной биологии, поскольку помогают объяснить происхождение сложных клеток, включая клетки человека.
Один из наиболее известных примеров связан с митохондриями — клеточными структурами, обладающими собственной ДНК.
Согласно принятой научной гипотезе, предками митохондрий были свободноживущие бактерии, которые когда-то поселились внутри других клеток. За последующие примерно 1,5 миллиарда лет они стали неотъемлемой частью клеточного организма, сохранив при этом часть собственной генетической информации.
Возможно, обнаруженный архей также находится на пути к подобному слиянию со своим хозяином.
Однако пока учёные располагают только его геномом. Сам микроорганизм ещё не удалось непосредственно увидеть под микроскопом, поэтому многие подробности его строения и образа жизни остаются неизвестными.
Есть и ещё одна проблема с предположением о симбиозе.
Обычно при взаимовыгодных отношениях организм, живущий внутри другого существа, предоставляет хозяину определённые преимущества. Для этого ему необходимы хотя бы некоторые метаболические возможности, позволяющие производить полезные вещества или выполнять другие функции.
У Sukunaarchaeum mirabile такие возможности практически отсутствуют. Поэтому исследователи рассматривают другую гипотезу: возможно, необычный архей является паразитом.
Если это подтвердится, он станет лишь вторым известным представителем архей с паразитическим образом жизни.
В пользу такого предположения говорит ещё одна особенность генома.
Около четверти всей генетической информации обнаруженного микроорганизма связано с производством крупных мембранных белков. Аналогичные белки встречаются у другого известного паразитического архея, который использует их для проникновения в клетки хозяина.
Столь большая доля генома, выделенная под эти структуры, особенно примечательна на фоне почти полного отсутствия генов, необходимых для обмена веществ.
Получается, что микроорганизм сохранил значительный набор генетических инструкций, потенциально связанных с взаимодействием с хозяином, но практически отказался от собственного метаболизма.
При этом важнейшие механизмы работы с генетической информацией у него остались.
«Хотя Sukunaarchaeum потерял почти все гены, необходимые для производства питательных веществ и получения энергии, он сохранил значительную часть механизмов, обеспечивающих копирование генома и синтез белков на основе генетической информации», — поясняет Аллерс.
Именно это делает находку столь необычной. Микроб оказался чрезвычайно простым с точки зрения генетического устройства, но при этом сохранил фундаментальные клеточные функции, связанные с воспроизведением собственной ДНК и производством белков.
По мнению исследователей, Sukunaarchaeum mirabile может находиться вблизи минимального объёма генетической информации, необходимого организму для сохранения самостоятельной клеточной структуры.
Открытие не даёт окончательного ответа на вопрос о минимальных требованиях к жизни. Пока неизвестно, как именно существует этот архей, от какого организма зависит и насколько самостоятельно способен размножаться.
Тем не менее его геном демонстрирует, насколько далеко может зайти эволюционное упрощение живой клетки. Организм способен утратить практически весь собственный обмен веществ, но сохранить механизмы работы с генетической информацией, которые отличают его от окружающей неживой материи.
Результаты исследования опубликованы в научном журнале Current Biology.
