Грибы могли подготовить почву для жизни на суше на сотни миллионов лет раньше, чем считалось

Новое исследование, опубликованное в Nature Ecology & Evolution, проливает свет на временные рамки и пути эволюции грибов, обнаруживая свидетельства их влияния на древние наземные экосистемы. Исследование под руководством учёных из Окинавского института науки и технологий (OIST) и их коллег 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 в пяти основных группах: животные, наземные растения, грибы, красные и бурые водоросли», — поясняет профессор Гергей Й. Сёллёши, автор исследования и руководитель подразделения эволюционной геномики на основе моделей в OIST.

Появление сложной многоклеточности означало не просто скопление клеток, а зарождение организмов, где клетки выполняли специализированные роли и были организованы в ткани и органы. Этот эволюционный скачок требовал новых сложных механизмов, включая адгезию клеток и системы коммуникации, и возникал независимо в каждой из пяти групп.

Сложности датировки эволюционного расхождения

Для большинства этих групп летопись окаменелостей служит геологическим календарём, предоставляя временные ориентиры. Например:

• Красные водоросли появляются, возможно, уже около 1,6 миллиарда лет назад.
• Животные — около 600 миллионов лет назад.
• Наземные растения — примерно 470 миллионов лет назад.

Однако грибы долгое время оставались загадкой для палеонтологов. Их мягкие, нитевидные тела плохо сохраняются в виде окаменелостей. Кроме того, сложная многоклеточность у грибов эволюционировала несколько раз от разных одноклеточных предков, что затрудняет определение единого момента происхождения по скудной летописи окаменелостей.

Чтение генетических часов

Чтобы преодолеть пробелы в летописи окаменелостей грибов, учёные используют «молекулярные часы». Мутации в ДНК накапливаются с относительно постоянной скоростью. Сравнивая генетические различия между видами, можно оценить, как давно они разошлись от общего предка.

Но таким часам нужна калибровка по «точкам привязки» из летописи окаменелостей. Команда OIST решила эту проблему, включив новый источник информации: редкие случаи «передачи» генов между разными линиями грибов — горизонтальный перенос генов (HGT).

«Если ген из линии A «перепрыгнул» в линию B, это устанавливает чёткое правило: предки линии A должны быть старше, чем потомки линии B», — объясняет профессор Сёллёши.

Выявив 17 таких событий переноса, команда установила серию отношений «старше/моложе», которые наряду с окаменелостями помогли уточнить и ограничить временную шкалу эволюции грибов.

Новая история древнего царства

Анализ предполагает, что общий предок современных грибов существовал примерно 1,4–0,9 миллиарда лет назад — задолго до появления наземных растений.

Соавтор исследования доктор Ленард Л. Санто подчёркивает важность этих выводов: «Грибы управляют экосистемами — перерабатывают питательные вещества, вступают в симбиоз с другими организмами. Установление их временной шкалы показывает, что грибы диверсифицировались задолго до растений, что согласуется с их ранними партнёрствами с водорослями, которые, вероятно, помогли проложить путь для наземных экосистем».

Это пересмотренное временное окно коренным образом меняет историю колонизации суши. Оно предполагает, что за сотни миллионов лет до появления первых настоящих растений грибы уже присутствовали, вероятно, взаимодействуя с водорослями в микробных сообществах. Эта длительная подготовительная фаза могла быть необходима для того, чтобы сделать континенты Земли обитаемыми.

Разрушая горные породы и перерабатывая питательные вещества, эти древние грибы могли быть первыми настоящими инженерами экосистем, создавая первые примитивные почвы и коренным образом изменяя наземную среду. В этой новой картине растения колонизировали не бесплодную пустошь, а мир, который на протяжении эонов подготавливался древней и постоянной деятельностью царства грибов.