Реконструкция альтернативных путей к сложной многоклеточности у животных и грибов на основе современного генетического разнообразия

Международная команда исследователей при центральном вкладе учёных из Департамента биологической физики Университета Этвёша Лоранда (ELTE) раскрыла эволюционное происхождение животных и грибов.

Результаты, опубликованные в журнале Nature, показывают, как геномные данные и мощные вычислительные методы позволяют учёным отвечать на фундаментальные вопросы эволюционной биологии, ранее недоступные для изучения.

Животные и грибы — члены одной расширенной семьи, называемой эукариотической супергруппой, и гораздо ближе друг к другу, чем каждый из них к растениям. Понимание того, как такие сложные, но контрастные группы эволюционировали в рамках одной супергруппы, было затруднено из-за отсутствия детальной летописи окаменелостей со времени их расхождения.

«Чтобы решить эту эволюционную загадку, нам сначала пришлось получить геномные данные от одноклеточных групп, которые ветвятся между животными и грибами на древе жизни», — сказал Иньяки Руис-Трильо, руководитель исследования и профессор эволюционной биологии в Институте эволюционной биологии в Барселоне.

Вместо того чтобы полагаться на окаменелости, авторы реконструировали эволюцию двух групп на основе генетической информации, содержащейся в геномах ныне живущих грибов и животных. Объединив геномные данные этих одноклеточных групп с данными множества видов животных и грибов, исследователи с помощью сложных вычислительных моделей генетических изменений восстановили траекторию генетических изменений, приведших к возникновению этих двух эукариотических групп.

«На методологическом уровне есть два фактора, которые оказывают огромное влияние на область эволюционной биологии. Во-первых, сейчас гораздо проще получить геномные данные для любого организма. Во-вторых, современные компьютеры могут использовать гораздо более сложные эволюционные модели для анализа этих данных», — прокомментировал Гергей Й. Сёйёши, руководитель исследовательской группы ERC GENECLOCKS и доцент Департамента биологической физики в ELTE.

Общая картина, возникшая из анализов, показывает, что геномные различия, которые мы видим сегодня между современными животными и грибами, являются результатом постепенных изменений, начавшихся на ранних этапах эволюции. Результаты авторов указывают, что этот процесс начался сразу после расхождения предков двух групп более миллиарда лет назад.

«Это удивило нас, потому что мы ожидали, что большинство изменений произошло именно в связи с возникновением животных и грибов. Вместо этого мы увидели обратное: большинство изменений в содержании генов произошло до возникновения двух групп», — сказал Эдуард Оканья-Пальярес, постдокторант ELTE и первый автор статьи.

Согласно исследователям, линия, ведущая к животным, начала накапливать гены, которые позже станут необходимыми для многоклеточности животных. В то же время линия, ведущая к современным грибам, испытала больше генетических потерь и сместила свой генетический контент в сторону метаболических функций. Этот сдвиг позволил грибам адаптироваться и выживать в ошеломляющем разнообразии сред.