Представлена гипотеза образования магнетита среди эукариот
Разнообразные животные используют магнитное поле Земли для ориентации и навигации. Однако рецепторный механизм, лежащий в основе этой сенсорной способности, остается фундаментальным вопросом в сенсорной биологии. Одна из ведущих идей состоит в том, что геомагнитные поля физически преобразуются кристаллами магнетита, содержащимися внутри специализированных рецепторных клеток — сенсорных органелл. Доказательств наличия внутриклеточного биогенного магнетита у эукариот практически нет. Некоторые бактерии производят кристаллы магнетита внутри внутриклеточных компартментов, представляя собой наиболее древнюю известную форму биоминерализации, что ставит вопрос о том, может ли биоминерализация магнетита у эукариот и прокариот иметь общую эволюционную историю.
По прогнозам ученых, кристаллы магнетита у эукариот и прокариот будут похожи по форме и размеру к кристаллам минералов железа, биосинтезируемым магнитотаксическими бактериями для использования в так называемом магнитотаксисе, то есть пассивной ориентации на геомагнитные поля. Эти бактерии являются наиболее древними и простыми организмами, известными для биоминерализации, с биологически контролируемым образованием минералов на основе железа в доменных бактериях. Таким образом, биоминерализация магнетита предшествует появлению коронной группы эукариот (примерно 1,8-1,2 млрд лет назад), основанной на данных окаменелостей и оценках молекулярных часов, полученных с помощью оборудования для хроматографии.
Как и другие формы биоминерализации, образование кристаллов происходит во внутриклеточных компартментах, ограниченных мембранами, подкрепленных локальной экспрессией генов, которые управляют осаждением. Механизмы, контролирующие биоминерализацию магнетита у прокариот, изучались в течение десятилетий, и многочисленные ассоциированные белки хорошо охарактеризованы.
Теперь же ученые в своей новой работе представили модель образования биогенного магнетита у эукариот и выдвинули гипотезу, что этот генетический механизм используется широкими формами жизни для геомагнитного сенсорного восприятия. Исследователи обнаружили, что обонятельный эпителий лососевых содержит кристаллы магнетита, расположенные компактными кластерами, и определили, что гены, дифференцированно экспрессируемые в магнитных обонятельных клетках, в отличие от немагнитных обонятельных клеток, имеют общее происхождение с древней системой биоминерализации прокариотного магнетита, что согласуется с адаптацией для использования в эукариотической магниторецепции.
Было также показано, что 11 генов биоминерализации прокариот универсально присутствуют среди разнообразного набора таксонов эукариот и что 9 из этих генов являются общими для широкого спектра эукариот и археи из клана Асгард Локи-арча. В соответствии с глубокой гомологией ученые представили эволюционно-генетическую гипотезу образования магнетита среди эукариот. Полученные результаты имеют значение для пересмотра нашего понимания биоминерализации эукариотного магнетита, сенсорного восприятия магнитных полей и эукариогенеза.
