Сложная форма жизни, клетки имеющие ядро, возможно возникла почти на 1 миллиард лет раньше, чем считалось ране
Исследование, проведённое Бристольским университетом и опубликованное в журнале Nature, показывает, что сложные организмы эволюционировали задолго до того, как в атмосфере появился значительный уровень кислорода, который ранее считался необходимым условием для эволюции сложных форм жизни.
«Земле примерно 4,5 миллиарда лет, а первые формы микробной жизни появились более 4 миллиардов лет назад. Эти организмы состояли из двух групп — бактерий и родственных им архей, известных под общим названием прокариоты», — рассказала соавтор исследования Аня Спанг с кафедры микробиологии и биогеохимии Королевского нидерландского института морских исследований.
Прокариоты были единственной формой жизни на Земле на протяжении сотен миллионов лет, пока не появились более сложные эукариотические клетки, в том числе такие организмы, как водоросли, грибы, растения и животные.
Давиде Пизани, профессор филогеномики в Школе биологических наук Бристольского университета и соавтор исследования, пояснил: «Предыдущие представления о том, как и когда ранние прокариоты превратились в сложных эукариот, были в основном умозрительными. Оценки разнились на миллиард лет, поскольку не существовало промежуточных форм, а убедительных ископаемых свидетельств не было».
Однако исследовательская группа разработала способ изучения этих вопросов, усовершенствовав метод «молекулярных часов», который используется для оценки того, как давно у двух видов был общий предок.Собрав данные по нескольким семействам генов (всего их более сотни) в различных биологических системах и сосредоточившись на особенностях, которые отличают эукариотов от прокариот, команда смогла начать собирать воедино путь развития сложной жизни.
Получилось, что этот процесс начался почти 2,9 миллиарда лет назад — почти на миллиард лет раньше, чем по некоторым другим оценкам. Это позволяет предположить, что ядро и другие внутренние структуры эволюционировали значительно раньше митохондрий
Эти данные не соответствовали ни одной существующей теории. .
a, Древо жизни с временным разрешением. Дерево с перекрестными связями было построено с помощью MCMCTree, откалиброванного с использованием 18 калибровок по окаменелостям (дополнительное примечание 4). Было установлено, что ядерные и митохондриальные клады эукариот имеют одинаковую топологию и корень, а клада пластид имеет особую топологию, обусловленную вторичным приобретением пластид. Эквивалентные узлы, содержащие один и тот же вид, были соединены перекрестными связями (как в статье 38), то есть отнесены к одному и тому же возрасту. LPCA — последний общий предок пластид; LUCA — последний универсальный общий предок. b — важные даты узлов и их доверительные интервалы. c — дупликации генов архей и бактерий с временным разрешением были распределены по интервалам в 100 млн лет и наложены друг на друга. Среди образцов генов, которые поддаются анализу, дубликаты архей встречаются чаще и появились раньше, что, возможно, отражает усложнение генома архей-хозяев до митохондриального эндосимбиоза. d, Сравнение возраста отдельных дупликаций альфапротеобактерий и всех остальных бактериальных дупликаций. Дупликации альфапротеобактерий происходят вскоре после отделения mFECA от других альфапротеобактерий, что указывает на короткий бактериальный ствол. Мы сопоставляем митохондриальный эндосимбиоз с началом этих дупликаций, произошедших около 2,2 млрд лет назад. e, Семейства генов неальфапротеобактериального происхождения показаны в соответствии со временем их отделения от бактериальной линии происхождения (чёрные вертикальные линии) и последующими дупликациями до LECA (синие вертикальные линии), соединёнными горизонтальной чертой. Дупликации бактериального происхождения имеют возраст дивергенции до 2,9 млрд лет, но большинство из них подвергаются дупликации после митохондриального эндосимбиоза.
Ведущий автор исследования доктор Кристофер Кей, научный сотрудник Школы биологических наук Бристольского университета, пояснил: «Отличительной особенностью этого исследования является детальное изучение того, что на самом деле делают эти семейства генов и какие белки с какими взаимодействуют — и всё это в абсолютном времени».
«Для этого потребовалось объединить несколько дисциплин: палеонтологию для определения временной шкалы, филогенетику для создания достоверных и полезных генеалогических древ и молекулярную биологию для определения контекста этих семейств генов. Это была масштабная работа».
«Одним из наших самых важных открытий стало то, что митохондрии возникли значительно позже, чем ожидалось. Это совпадает по времени с первым существенным повышением уровня кислорода в атмосфере», — сказал автор исследования Филип Донохью, профессор палеобиологии в Школе наук о Земле Бристольского университета.