Самая популярная гипотеза возникновения хлоропластов и митохондрий состоит в том, что те и другие исходно были бактериями и попали в клетки пра-(пра)-праэукариот в качестве паразитов и/или симбионтов. Потом одни бактериальные гости превратились в митохондрии и произвели тем самым революцию в энергоснабжении клетки, а другие стали хлоропластами, и с этого момента началась эволюция растений.

Хлоропласты в растительной клетке. (Фото BASF - The Chemical Company.)Но когда это произошло? События настолько древние, что ни о каких точных датах говорить не приходится. А приблизительность оценок такова, что, например, время появления эукариот «плавает» от 800 млн до 3 млрд лет назад. С такой же «точностью» определяют и время возникновения хлоропластов и митохондрий.

Но исследователям из Калифорнийского университета в Беркли (США) всё-таки удалось внести некую ясность в вопрос. До сих пор подобные оценки основывались на трудноразличимых микробных следах в палеонтологических находках и не очень внятных биохимических маркерах, которые удавалось в таких следах обнаружить. Николас Матцке и Патрик Ши пошли по другому пути: они оценивали возраст митохондрий и хлоропластов по их же генам. Как известно, эти органеллы имеют собственную ДНК и собственную молекулярную машинерию для белкового синтеза. Оставалось только понять, какие гены у них могли меньше всего измениться с тех незапамятных времён, когда и митохондрии, и хлоропласты были самостоятельными организмами.

Митохондрии в клетке лёгких. (Фото Kallista Images.)В итоге исследователи остановились на генах АТФ-синтаз — белках, которые непосредственно отвечают за синтез главной энергетической молекулы любой клетки, АТФ. Эти белки есть и в ядерном геноме, и в митохондриальном, и в хлоропластном. Они очень консервативны, и по изменениям в них можно оценить, когда происходили самые важные события в жизни на Земле. Разумеется, сравнивая изменения в генах ядра и органелл, учитывалось, что все они менялись неравномерно, с разной скоростью. Кроме того, авторы работы использовали палеобиологические данные, полученные от растительных и животных останков, которые считаются более надёжными свидетелями, нежели ископаемые микробы.

В статье в PNAS исследователи пишут, что древние протеобактерии, от которых, скорее всего, пошли митохондрии, проникли в эукариотические клетки около 1,2 млрд лет назад. Это не слишком расходится с более ранними оценками. Но с ними сильно расходится возраст растительного фотосинтеза, который, как сказано в статье, «родился» 900 млн лет назад, когда первые цианобактерии попали в клетки древних праэукариот. Цианобактерии научились фотосинтезировать давно (они вообще жили на Земле уже во времена архея), однако до сих пор считалось, что их совместная жизнь с эукариотами началась гораздо раньше, едва ли не 2 млрд лет назад.

В целом такой подход, по словам авторов работы, позволяет снизить неопределённость временнóй оценки на 14–6%. Так что, возможно, палеобиологи вскоре смогут пользоваться не столь широкими и неопределёнными рамками, какие были в ходу до сих пор, особенно в отношении событий, происходивших миллиарды лет назад.

Источник: КОМПЬЮЛЕНТА