Новое исследование проливает свет на хронологию и пути эволюции грибов, обнаруживая доказательства их влияния на древние наземные экосистемы. Исследование, проведённое учёными из Окинавского института науки и технологий (OIST) и их коллегами, указывает на диверсификацию грибов за сотни миллионов лет до появления наземных растений.
"Сложная многоклеточная жизнь — организмы, состоящие из множества взаимодействующих клеток со специализированными функциями, — эволюционировала независимо друг от друга в пяти основных группах: животные, наземные растения , грибы , красные водоросли и бурые водоросли, — объясняет профессор Гергей Й. Сёллёши, автор исследования и руководитель отдела модельно-ориентированной эволюционной геномики в OIST. — На планете, где когда-то доминировали одноклеточные организмы, революционное изменение произошло не один раз, а по крайней мере пять раз: эволюция сложной многоклеточной жизни. Понимание того, когда возникли эти группы, имеет основополагающее значение для воссоздания истории жизни на Земле".
Возникновение здесь было не просто результатом скопления клеток; это было зарождение организмов, где клетки взяли на себя специализированные функции и организовались в отдельные ткани и органы, подобно тому, как это происходит в нашем собственном организме. Этот эволюционный скачок потребовал новых сложных инструментов, включая высокоразвитые механизмы сцепления клеток друг с другом и сложные системы их взаимодействия в организме, и возник независимо в каждой из пяти основных групп.
Для большинства этих групп палеонтологическая летопись служит своего рода геологическим календарем, предоставляя опорные точки в глубоком времени. Например, красные водоросли, возможно, появились уже около 1,6 миллиарда лет назад (в окаменелостях, похожих на морские водоросли, из Индии); животные появились около 600 миллионов лет назад (эдиакарские окаменелости, такие как дикинсония, напоминающая стеганый блин); наземные растения укоренились примерно 470 миллионов лет назад (в виде крошечных ископаемых спор); а бурые водоросли (формы, похожие на ламинарии) стали разнообразными ещё на десятки и сотни миллионов лет позже. На основании этих данных вырисовывается хронологическая картина сложности жизни.
Однако из этой хронологии, основанной на ископаемых, есть заметное исключение: грибы. Царство грибов долгое время оставалось загадкой для палеонтологов. Их обычно мягкие, нитевидные тела означают, что они редко хорошо сохраняются в окаменелостях. Более того, в отличие от животных и растений, которые, по-видимому, имеют единое происхождение, ведущее к сложной многоклеточности, грибы эволюционировали несколько раз от разных одноклеточных предков, что затрудняет определение единого события происхождения в скудной палеонтологической летописи.
Чтобы восполнить пробелы в палеонтологической летописи грибов, ученые используют «молекулярные часы». Идея заключается 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 некалиброваны; они могут показывать относительное время, но не абсолютные годы. Чтобы установить часы, ученым необходимо откалибровать их, используя «опорные точки» из палеонтологической летописи. Учитывая редкость ископаемых остатков грибов, это всегда было серьезной проблемой. Группа под руководством OIST решила эту проблему, включив новый источник информации: редкие «обмены» генами между различными линиями грибов — процесс, известный как горизонтальный перенос генов (ГПГ).
"Хотя гены обычно передаются „вертикально“ от родителя к потомку, горизонтальный перенос гена подобен „боковому“ скачку гена от одного вида к другому. Эти события дают важные временные подсказки. Если обнаруживается, что ген из линии A перешел в линию B, это устанавливает четкое правило: предки линии A должны быть старше потомков линии B", — пояснил профессор эту понцепцию.
Выявив 17 таких переходов, группа установила ряд связей «старше/моложе», которые, наряду с данными об ископаемых, помогли сузить и ограничить временную шкалу грибов.
Анализ предполагает, что общий предок современных грибов существовал примерно 1,4–0,9 миллиарда лет назад, задолго до появления наземных растений. Этот возраст подтверждает длительную прелюдию взаимодействия грибов и водорослей, которая подготовила почву для жизни на суше.
"Грибы управляют экосистемами, перерабатывая питательные вещества, взаимодействуя с другими организмами и иногда вызывая заболевания. Определение временной шкалы их развития показывает, что грибы диверсифицировались задолго до растений, что согласуется с ранними партнерствами с водорослями, которые, вероятно, способствовали формированию наземных экосистем». Соавтор данного исследования, доктор Ленард Л. Санто, подчёркивает важность этих результатов.
Эта пересмотренная хронология фундаментально переосмысливает историю колонизации суши жизнью. Она предполагает, что за сотни миллионов лет до того, как появились первые настоящие растения, грибы уже существовали, вероятно, взаимодействуя с водорослями в микробных сообществах. Эта длительная подготовительная фаза, возможно, была необходима для того, чтобы континенты Земли стали пригодными для жизни.
Разрушая горные породы и обеспечивая круговорот питательных веществ, эти древние грибы могли стать первыми настоящими экосистемными инженерами, создав первые примитивные почвы и коренным образом изменив земную среду. Согласно этой новой точке зрения, растения колонизировали не бесплодную пустошь, а мир, подготовленный для них на протяжении веков древней и постоянной деятельностью грибного царства.
Результаты работы опубликованы в журнале Nature Ecology & Evolution.
Изображение: окаменелость дикинсонии, свидетельствующая о существовании древних животных. Источник: Citronnel/Wikimedia Commons, авторское право CC-BY-SA-4.0
