Биологи нашли доказательства обмена генами между разными ветвями эволюции

Международная группа ученых, в которую вошли специалисты Окинавского института науки и технологий (Япония), Оксфордского университета и нескольких испанских центров, показала, что даже сложные эукариотические организмы могут обмениваться генами горизонтально – то есть не только передавать их потомкам, но и «делиться» ими с достаточно дальними родственниками.

Роль редуцентов в жизни планеты

Организмы-разлагатели — настоящие санитары Земли. Они перерабатывают мертвую биомассу и возвращают в почву и воду важнейшие элементы: углерод, азот, фосфор. Большинство из них являются осмотротрофами — буквально «пьют» растворенные питательные вещества через клеточную мембрану, а не заглатывают пищу, как животные.

Как именно этот способ питания возникал несколько раз у разных ветвей эукариот, долгое время оставалось загадкой.

Общие гены у дальних родственников

Исследователи сосредоточились на четырех группах, которые независимо друг от друга приняли осмотрофный образ жизни, то есть способ питания, при котором организмы поглощают растворенные органические вещества через поверхность тела или клеток. Помимо общеизвестных грибов, в этот список входят псевдогрибы, лабиринтулы и теретоспоры. Эти линии давно разошлись, но у них на удивление много общего: нитевидные структуры для питания, крепкие клеточные стенки и особенно схожий набор генов, отвечающих за поглощение веществ, ионную регуляцию и внутренний метаболизм.

Анализ сотен генеалогических древ выявил 166 вероятных случаев горизонтального переноса генов между этими группами. Чаще всего гены «перескакивали» между грибами и псевдогрибами, а также между лабиринтулами и теретоспорами. По оценкам, эти специализированные линии возникли между 720 миллионами и миллиардом лет назад.

Горизонтальный перенос – не только для бактерий

"Раньше горизонтальный перенос генов рассматривался только как особенность бактерий, в то время как эукариоты передают гены своим потомкам вертикально. Вместо этого мы показываем, что даже у эукариот ветви древа жизни могут обмениваться генетическим материалом, и этот обмен может позволить закрепиться совершенно новым способам поддержания жизни", - говорит профессор Гергели Селлези, руководитель отдела эволюционной геномики в OIST.

Ученые предполагают, что «транспортные магистрали» генов возникли благодаря схожим условиям существования — эти организмы часто обитают в схожих наземных и водных средах.

Ведущий автор Эдуард Оканья-Палларес добавляет:

«Несмотря на то, что эти группы находятся на противоположных сторонах эукариотического дерева, они неоднократно развивали ряд особенностей, адаптированных к осмотрофному образу жизни, включая нитевидные сети и прочные клеточные стенки».

Что осталось неясным

Теперь перед наукой стоят новые вопросы: как именно работают эти общие гены в каждой группе и как происходил сам перенос – через свободную ДНК из окружающей среды или через вирусы?

"Главный вопрос уже не в том, происходит ли горизонтальный перенос генов у эукариот, а в том, как он происходит. Мы до сих пор очень мало знаем о механизмах, которые контролируют этот процесс у эукариот", - говорит Оканья-Палларес.

Эта работа размывает привычную картину сильно разделенного эволюционного древа и показывает, что важные способности могут распространяться даже между дальними родственниками. Хотя у человека и других сложных животных этот обмен встречается гораздо реже, чем у грибов и их родственников, он все же оставил заметный след в нашем геноме — например, через древний вирус.