Геномы раскрывают раннюю историю жизни

Учёные провели один из крупнейших анализов геномов всех форм жизни, что позволило с беспрецедентной детальностью проследить эволюционную историю генов эукариот.

Их исследование, опубликованное в Nature, развивает идеи палеонтолога Стивена Джея Гулда о «прерывистом равновесии» — теории, согласно которой эволюция, обычно медленная, иногда совершает резкие скачки.

Команда, включая профессора Джеймса Макинерни, изучила различия в эволюции эукариот и прокариот, чтобы понять механизмы этих скачков. Ранее считалось, что латеральный перенос генов (ЛПГ) — обмен генами между особями — характерен для прокариот и объясняет их огромное разнообразие. Учёные задались вопросом: мог ли ЛПГ у эукариот объяснить эволюционные скачки?

Ведущий автор, профессор Билл Мартин, пояснил результаты:

«Большим сюрпризом стало то, что эукариоты не так активно обмениваются генами постоянно, как прокариоты. Однако когда это происходит, это крайне важное событие. В ранней эволюции оно соответствовало возникновению органелл. Эти события были огромными эволюционными скачками».

Органеллы, такие как митохондрии и хлоропласты, — это «мини-фабрики» в клетках эукариот, обеспечивающие организм энергией. Исследования показывают, что они возникли в результате симбиоза, когда две клетки объединились, поделившись генами и образовав «гибридный» организм.

Компьютерная модель команды показала, что после этой начальной стадии гибридизации организм начинает терять часть недавно приобретённой генетической информации. Профессор Макинерни объясняет:

«Это как в шахматах. Клетка начинает с двух полных наборов генов, по одному от каждого симбиотического партнёра, выстроенных на противоположных сторонах доски. Но в ходе эволюции фигуры одна за другой исчезают с доски. В конце игры почти ничего не остаётся, и по уцелевшим фигурам мы пытаемся восстановить ход игры, отслеживая ходы назад во времени».

Таким образом, исследование показало, что эволюционные скачки могут происходить, когда прокариоты и эукариоты смешивают свои гены в событии эндосимбиоза. Эти данные подтверждают теорию прерывистой эволюции и объясняют происхождение сложной жизни на Земле.