Ученые раскрыли ключевые процессы эволюции морских микробов
Исследование, опубликованное в Nature Ecology & Evolution, выявило ключевые процессы эволюции морских микроорганизмов. Работа под руководством Уппсальского университета (Швеция) с участием Института морских наук (ICM-CSIC, Барселона) показывает, что именно многочисленные переходы между средами обитания — из моря на сушу и обратно — за последние миллионы лет объясняют современное большое разнообразие.
По словам авторов, «преодоление солевого барьера непросто для организмов, и когда это происходит, такие переходы становятся ключевыми эволюционными событиями, которые могут запускать всплески разнообразия». Однако до сих пор не было известно, насколько частыми были эти переходы в эукариотическом древе жизни, включающем животных, растения и множество микроскопических эукариот.
Малые, но очень гибкие
Исследование показало, что микробные эукариоты сотни раз совершали масштабные переходы из моря на сушу и в пресные водоемы, и наоборот, в ходе своей эволюции. Это также позволило определить, где обитали предки каждой из групп микробных эукариот.
«Благодаря наличию хороших филогенетических деревьев и образцов из разных сред мы смогли проанализировать переходы между средами обитания у разных групп эукариот. За миллионы лет эволюции их было сотни, что больше, чем мы предполагали», — объясняет Рамон Массана, исследователь ICM-CSIC и соавтор работы.
Для исследования команда использовала современные технологии для секвенирования ДНК микробов из образцов, собранных в бореальных озерах, лесных почвах, Индийском океане и Марианской впадине, среди прочих сред. ICM-CSIC предоставил морские образцы, полученные во время экспедиции «Маласпина» в разных океанах и на разных глубинах.
Это позволило построить обширные эволюционные деревья обнаруженных организмов и выявить закономерности в эволюции предпочтений среды обитания.
«Мы обнаружили, что организмы в древе жизни эукариот, как правило, группируются в зависимости от того, живут ли они в океанах или в несолевых средах обитания», — объясняет Махваш Джами, исследователь Уппсальского университета и ведущий автор. Это подтверждает, что адаптация к другой солености — или пересечение солевого барьера — сложна даже для микробов.
Тем не менее, исследование доказывает, что микробные эукариоты успешно заселяли новые среды обитания несколько сотен раз на протяжении своей эволюции. Авторы предполагают, что именно эти трудные переходы позволили колонизирующим организмам занимать свободные экологические ниши, что привело к сегодняшнему большому разнообразию эукариот.
Новые данные о первых эукариотах
Эволюционные деревья, построенные на основе последовательностей ДНК, также позволили исследователям заглянуть в глубокое прошлое и предположить, какими были среды обитания предков каждой микробной группы.
«Вероятно, две крупнейшие группы эукариот, SAR и Obazoa, каждая из которых по численности превосходит, например, животных или растения, возникли в совершенно разных средах обитания», — говорит Фабьен Бурки, также исследователь Уппсальского университета и соавтор работы.
Согласно Бурки, линия SAR (включающая диатомовые водоросли, инфузорий, динофлагеллят, радиолярий и др.) впервые возникла в докембрийских океанах, в то время как предок группы Obazoa (которая дала начало грибам, животным, хоанофлагеллатам и амебам) мог обитать в несолевых средах.
Это вновь показывает, что преодоление солевого барьера сыграло важную роль в формировании эволюции эукариот. В будущих исследованиях эксперты обратятся к геномике, чтобы выяснить, какие генетические механизмы лежат в основе этих ключевых эволюционных событий.