Биологи нашли доказательства обмена генами между разными ветвями эволюции

Международная группа ученых, в которую вошли специалисты из Окинавского института науки и технологий (Япония), Оксфордского университета и нескольких испанских центров, показала, что даже сложные эукариотические организмы могут обмениваться генами горизонтально — то есть не только передавать их потомкам, но и «делиться» с довольно дальними родственниками. Статья вышла в журнале Nature Ecology & Evolution.

Организмы-разлагатели — настоящие санитары Земли. Они перерабатывают мертвую биомассу и возвращают в почву и воду важнейшие элементы: углерод, азот, фосфор. Большинство из них питаются осмотрофией — буквально «пьют» растворенные питательные вещества через клеточную мембрану, а не заглатывают пищу, как животные.

Как именно этот способ питания возникал несколько раз в разных ветвях эукариот, долгое время оставалось загадкой.

Исследователи сосредоточились на четырех группах, которые независимо перешли к осмотрофному образу жизни — способу питания, при котором организмы поглощают растворенные органические вещества через поверхность тела или клетки. Кроме хорошо известных грибов, в этот список вошли псевдогрибы, лабиринтулы и теретоспоры. Эти линии разошлись очень давно, но у них удивительно много общего: нитевидные структуры для питания, крепкие клеточные стенки и особенно — похожий набор генов, отвечающих за усвоение веществ, регуляцию ионов и внутренний обмен.

Анализ сотен генеалогических деревьев выявил 166 вероятных случаев горизонтального переноса генов между этими группами. Чаще всего гены «перепрыгивали» между грибами и псевдогрибами, а также между лабиринтулами и теретоспорами. По оценкам, эти специализированные линии появились между 720 миллионами и миллиардом лет назад.

«Раньше горизонтальный перенос генов рассматривался лишь как особенность бактерий, тогда как эукариоты передают гены своему потомству вертикально. Вместо этого мы показываем, что даже у эукариот ветви древа жизни могут обмениваться генетическим материалом, и этот обмен может позволить закрепиться совершенно новым способам жизнеобеспечения» — говорит профессор Гергели Селлеши, руководитель отдела эволюционной геномики в OIST. 

Ученые предполагают, что «транспортные магистрали» генов возникли из-за сходных условий обитания — эти организмы часто живут в похожих наземных и водных средах.

Ведущий автор работы Эдуард Оканья-Палларес добавляет:

«Несмотря на то, что эти группы находятся на противоположных сторонах эукариотического древа, в процессе эволюции у них неоднократно развивался ряд признаков, адаптирующихся к осмотрофному образу жизни, включая нитевидные сети и прочные клеточные стенки».

Теперь перед наукой новые вопросы: как именно работают эти общие гены в каждой группе и каким образом происходил сам перенос — через свободную ДНК из среды или через вирусы?

«Главный вопрос уже не в том, происходит ли горизонтальный перенос генов у эукариот, а в том, как он происходит. Мы до сих пор очень мало знаем о механизмах, управляющих этим процессом у эукариот», — говорит Оканья-Палларес.

Эта работа размывает привычную картину жестко разделенного эволюционного дерева и показывает, что важные способности могут распространяться даже между далекими родственниками. Хотя у человека и других сложных животных такой обмен встречается гораздо реже, чем у грибов и их сородичей, он все равно оставил заметный след в нашем геноме — например, через древние вирус.

Ученые проверили, сможет ли человек летать, если у него появятся крылья

Ученые предупредили о скором появлении ИИ, способного к дарвиновской эволюции

Подписывайтесь и читайте «Науку» в MAX