Исследование, опубликованное в журнале Nature Ecology & Evolution, проливает свет на хронологию и пути эволюции грибов и предоставляет доказательства их влияния на древние наземные экосистемы. Исследование, проведённое учёными из Окинавского института науки и технологий (OIST) и их коллегами, указывает на то, что грибы начали диверсифицировать свою популяцию за сотни миллионов лет до появления наземных растений.
«Сложная многоклеточная жизнь — организмы, состоящие из множества взаимодействующих клеток со специализированными функциями, — развивалась независимо в пяти основных группах: животные, наземные растения, грибы, красные и бурые водоросли», — сказал профессор Гергели Дж. Сёллёши, автор этого исследования и руководитель отдела эволюционной геномики на основе моделей в OIST.
Для большинства этих групп палеонтологическая летопись служит геологическим календарём, позволяющим ориентироваться в глубоком прошлом. Например, красные водоросли появились, возможно, около 1,6 миллиарда лет назад (в виде окаменелостей, похожих на морские водоросли, найденных в Индии); животные появились около 600 миллионов лет назад (эдиакарские окаменелости, такие как стеганая, похожая на блин Дикинсония); наземные растения появились примерно 470 миллионов лет назад (крошечные ископаемые споры); а бурые водоросли (похожие на ламинарию формы) появились ещё на десятки и сотни миллионов лет позже. На основании этих данных можно составить хронологическую картину сложности жизни.
Однако в этой временной шкале, основанной на окаменелостях, есть одно примечательное исключение: грибы. Царство грибов долгое время оставалось загадкой для палеонтологов. Их тела, как правило, мягкие и нитевидные, поэтому они редко сохраняются в окаменелостях. Кроме того, в отличие от животных и растений, у которых, по-видимому, было одно происхождение сложной многоклеточной организации, грибы развивали эту особенность несколько раз, начиная с различных одноклеточных предков, что затрудняет определение единственного события происхождения в скудной летописи окаменелостей.
Чтобы восполнить пробелы в летописи окаменелостей грибов, учёные используют «молекулярные часы». Суть метода в том, что генетические мутации накапливаются в ДНК организма с относительно постоянной скоростью на протяжении поколений, подобно тиканью часов. Сравнивая количество генетических различий между двумя видами, исследователи могут оценить, как давно они отделились от общего предка.
Однако молекулярные часы не откалиброваны: они могут показывать относительное время, но не абсолютные годы. Чтобы настроить часы, учёным нужно откалибровать их с помощью «контрольных точек» из палеонтологической летописи. Учитывая редкость окаменелостей грибов, это всегда было серьёзной проблемой. Команда под руководством OIST решила эту проблему, используя новый источник информации: редкие «обмены» генами между различными линиями грибов, процесс, известный как горизонтальный перенос генов (ГПГ).
Выявив 17 таких переносов, команда установила ряд отношений «старше/младше», которые, наряду с ископаемыми останками, помогли уточнить и ограничить хронологию развития грибов.
Анализ показывает, что общий предок современных грибов появился примерно 1,4–0,9 миллиарда лет назад — задолго до появления наземных растений. Симбиоз грибов и водорослей длилось долго и подготовил почву для растений и животных на суше.
Разрушая горные породы и обеспечивая круговорот питательных веществ, эти древние грибы могли стать первыми настоящими инженерами экосистем, создав первые примитивные почвы и коренным образом изменив земную среду. Согласно этой новой точке зрения, растения колонизировали не бесплодную пустошь, а мир, который был подготовлен для них за миллионы лет благодаря древней и непрерывной деятельности грибного царства.
Предоставлено Окинавским институтом науки и технологий