Елизавета Бонч-Осмоловская
Московский государственный университет им. М.В. Ломоносова

Разнообразие прокариот: зачем и как его изучают?

Прокариоты (бактерии и археи) отличаются мелкими размерами клеток и их очень простой организацией. Однако при этом им свойственно необычайно широкое разнообразие метаболических процессов, поддерживающих жизнь, как катаболичесикх, так и анаболических. Так, прокариоты, помимо свойственных эукариотам оксигенного фотосинтеза и аэробного окисления органического вещества, могут использовать энергию разнообразнейших неорганических соединений, а также иные, чем кислород, окислители. В течение почти всего XX века уникальные свойства прокариот познавались путем лабораторного изучения так называемых чистых культур – популяций идентичных клеток, дающих возможность исследовать их множество как единый макроорганизм. Однако пионерские работы в области молекулярной экологии, проводившиеся в 90-х годах прошлого века, выявили существование огромного количества прокариот, не поддающихся лабораторному культивированию; их метаболизм и экологическая функция оставались неизвестными. Дальнейшее развитие молекулярных и биоинформатических методов, произошедшее в XXI веке, привело к описанию и характеристике большого количества крупных групп прокариот исключительно на основании анализа их полногеномных последовательностей, собранных из метагеномов или секвенированных из единичных клеток. Полученные данные перевернули существовавшие представления не только о таксономическом разнообразии прокариот, но и об их метаболических возможностях. Одновременно получение этих данных послужило вызовом для классических микробиологов, фокусируя и направляя их усилия по культивированию представителей новых таксонов. Первыми объектами исследования микробного разнообразия с помощью новых подходов являлись микробные сообщества высокотемпературных местообитаний. Применение комбинации новых и традиционных подходов позволило охарактеризовать новые глубокие филогенетические линии прокариот и новые метаболические группы. Эти результаты расширяют наше понимание фундаментальных основ жизни на Земле, а также путей эволюции биосферы на ее самых ранних этапах.