Ученые завершили 35-летний спор о достоверности ископаемых возрастом 3,5 миллиарда лет
Палеобиологи представили доказательства того, что жизнь на Земле существовала еще 3,5 миллиарда лет назад. Изотопный анализ кремнеземных пород, результаты которого опубликованы в журнале Proceedings of the National Academy of Sciences, подтвердил, что структуры, обнаруженные учеными несколько десятилетий назад, являются микроорганизмами.
Точный момент возникновения жизни на Земле до сих пор не определен. Сегодня считается, что жизнь могла существовать уже 3,8–3,7 миллиарда лет назад, когда возраст нашей планеты составлял не менее 700 миллионов лет. В подтверждение этой гипотезы говорит находка следов строматолитов в гренландской формации Исуа, сделанная палеонтологами Австралии и Великобритании в 2015 году. Кроме того, признаки существования древней жизни находили и другие ученые. Два года назад американские исследователи нашли кристаллы графита возрастом 4,1 миллиарда лет, содержание углерода-13 в которых также соответствовало органическим тканям. Однако это свидетельство считается в научном сообществе неоднозначным, так как похожие результаты могут дать и другие химические процессы.
Ископаемые, которым посвящена новая статья Уильяма Шопфа (J.William Schopf) и его коллег, были найдены еще в 1982 году. Во время исследования кремнистых сланцевых пород Apex Chert на западе Австралии ученые обнаружили структуры, по форме напоминающие нитевидные формы цианобактерий. Спустя десять лет палеонтологи опубликовали в журнале Science работу, вокруг которой практически сразу возникли дебаты — многие специалисты сомневались в биологической природе окаменелостей. В одном из недавно проведенных исследований даже утверждалось, что древние останки являются артефактом, образованным несколькими минералами неорганического происхождения.
Теперь Шопф и его коллеги подтвердили достоверность открытия с помощью вторичной ионной масс-спектрометрии. Ученые провели изотопный анализ 11 микробных образцов пяти разных таксонов из слоя пород, возраст которых оценивается в 3,46 миллиарда лет. Считается, что клеточная мембрана несколько более проницаема для легких изотопов углерода (12С), что приводит к их более высокому содержанию в образцах биологического происхождения. Например известно, что многие растения интенсивно накапливают 12C, и относительное содержание этого изотопа в их составе на 15—25 промилле выше, чем в атмосфере. Поэтому измерение соотношения легких и тяжелых изотопов углерода 13С и 12С в ископаемых останках может указать на их происхождение.
Исследователи обнаружили, что уровень 13С соответствует древним ископаемым микроорганизмам. Согласно анализу палеонтологов, останки могут принадлежать бактериям-фототрофам, которые используют свет для получения энергии, археям, производившим метан, и гамма-протеобактериям. Это указывает на то, что метаноген — метанотрофные сообщества могли быть важным компонентом биосферы Палеоархея.
Ранее мы рассказывали о находке рекордно древних окаменелостей крупных многоклеточных организмов, чей возраст составил около 1,56 миллиарда лет. Однако пик появления появления многоклеточных организмов приходится примерно на 540 миллионов лет назад, этот период называют кембрийским взрывом. Источником самых древних окаменелостей наземных организмов оказались грибы, недавно обнаруженные палеонтологом Мартин Смит из Кембриджского университета. Возраст находки составил 440 миллионов лет.
Кристина Уласович
Бактерии научились инактививровать антибактериальную ДНК-гиразу
Немецкие ученые выяснили, что супербактерии, сохранявшие чувствительность к экспериментальному антибиотику альбицидину, защитились от него с помощью амплификации гена STM3175. Этот ген отвечает за регуляцию транскрипции малых молекул с доменом связывания, подобным ингибитору ДНК-гиразы — основы антибиотика альбицидина. Такое увеличение копии гена приводит к тысячекратному повышению уровня резистентности к препарату. Исследование опубликовано в PLoS Biology. В 2019 году почти пять миллионов человек погибло из-за бактерий, устойчивых к большинству известных антибиотиков, — супербактерий. По оценкам ученых к 2050 году это число увеличится в два раза. Основной причиной развития резистентности к противомикробным препаратам признано нерациональное их использование в медицине, ветеринарии и зоотехнии в сочетании с недостаточным пониманием механизмов бактериальной резистентности. Однако влияют и другие факторы: например, загрязнение атмосферы. Ученые постоянно ищут новые молекулы, которые были бы активны против супербактерий. Таким многообещающим соединением стал альбицидин — фитотоксичная молекула, вырабатываемая бактерией Xanthomonas albilineans, в исследованиях была эффективна против целого ряда супербактерий. Альбицидин ингибирует активность бактериальной ДНК-гиразы (топоизомеразы II) и эффективно действует на ковалентный комплекс ДНК и гиразы в крайне низких концентрациях. В нескольких исследованиях уже сообщалось о развитии резистентности к этой молекуле у некоторых бактерий, однако ее механизмы оставались не до конца выясненными. Команда ученых под руководством Маркуса Фульда (Marcus Fulde) из Свободного университета Берлина изучала механизмы резистентности к альбицидину, которая развилась у Salmonella typhimurium и Escherichia coli. Для этого они подвергали бактерии воздействию высоких концентраций более стабильного аналога антибиотика и наблюдали за ростом колоний в течение 24 часов. Из 90 протестированных клонов 14 показали рост в этих условиях. Секвенирование генома этих штаммов показало, что большинство (девять штаммов) несет мутации в гене tsx, ответственном за экспрессию нуклеозидспецифичного порина, что в 16 раз увеличивало минимальную ингибирующую концентрацию (MIC) антибиотика. Один из оставшихся пяти резистентных штаммов с интактным геном tsx демонстрировал более чем стократное повышение MIC, и анализ данных секвенирования его ДНК выявил амплификацию гена, приводящую к образованию 3-4 копий геномной области без однонуклеотидных полиморфизмов. При дополнительном анализе этого штамма ученые выяснили, что перекрывающаяся амплифицированная область содержит ген STM3175, который транскрибируется полицистронно в структуре оперона и N-концевой части qseB. Более тщательное изучение аминокислотной последовательности показало, что STM3175 состоит из 2 доменов: N-концевого AraC-подобного ДНК-связывающего домена и C-концевого GyrI-подобного лиганд-связывающего домена. Ученые обнаружили, что такая структура позволяет STM3175 связывать альбицидин с высокой аффинностью и инактивировать его. У разных бактерий обнаружились гомологи этого гена с теми же функциями, при этом на эффект других антибактериальных препаратов они не влияли. Знание нового механизма развития устойчивости к альбицидину позволит ученым разрабатывать новые способы модификации молекулы, чтобы обойти этот механизм. Ранее ученые обнаружили антибактериальную молекулу с широким спектром действия, которая не вызвала резистентности у микроорганизмов.