Микроскопические "улитки" из трещин тротуара помогают раскрыть детали биологической эволюции древней Земли

Обычный сбор образцов черной грязи между бетонными плитами тротуара на территории кампуса Университета штата Миссисипи после встречи за кофе в 2015 году привел к открытию микроорганизмов, живущих на Земле миллионы лет. Биологи обнаружили там одноклеточные эукариотические организмы — протистов, в частности амеб, передвигающихся с помощью псевдоподий.

Один из найденных организмов — амеба Amphizonella, обладающая мягким защитным слоем ("кожаной курткой"). Ученые предположили, что она не близкородственна другой крупной группе амеб — раковинным (тестатным) амебам, которые имеют твердую раковину, похожую на микроскопическую раковину улитки.

Реконструкция древа жизни

Раковинные амеб важны, потому что их окаменелости — одни из древнейших однозначных ископаемых эукариот (группы, к которой относятся и люди). Поскольку этих амеб сложно культивировать в лаборатории, для получения их ДНК ученые использовали передовой метод: секвенирование полного транскриптома непосредственно из образца окружающей среды. Это позволяет получить данные о миллиардах пар оснований, кодирующих белки, от сотен генов, что дает лучшее разрешение для филогенетического анализа, чем один ген.

На основе сходства последовательностей ДНК живых организмов исследователи построили филогенетическое древо, моделирующее эволюционные изменения. Это позволило определить степень родства между раковинными амебами и другими эукариотами и выявить их геномные особенности.

Связь современной жизни с древними предками

Ископаемые раковинных амеб, относящиеся к неопротерозойской эре, имеют возраст около 750 миллионов лет. Поскольку ДНК в таких окаменелостях не сохраняется (в отличие от более поздних образцов, вроде зубов денисовцев возрастом ~110 000 лет), ученые использовали экстраполяцию. На основе скоростей эволюции, рассчитанных по древу живых видов, и современных особенностей раковин они смоделировали, как могли выглядеть предки.

Результаты показали, что пять ископаемых видов из описанных в литературе оказались невероятно похожи на семь смоделированных гипотетических предков, построенных из миллионов возможностей. Это позволило с уверенностью заключить, что неопротерозойские окаменелости действительно являются древними раковинными амебами, и что эта группа существовала и уже значительно диверсифицировалась более 750 миллионов лет назад.

Это открытие важно, потому что раковинные амебы — сложные организмы с разнообразной экологией (хищники, пасущиеся формы, формы с симбиотическими водорослями). Их разнообразие в ту эпоху указывает на существование уже тогда сложных пищевых сетей, что имеет значение для реконструкции древней среды. Теперь геохимисты смогут сопоставить эти биологические данные со своими, что улучшит понимание древней Земли.