Исследование, проведённое Бристольским университетом и опубликованное в журнале Nature, показывает, что сложные организмы эволюционировали задолго до того, как в атмосфере появился значительный уровень кислорода, который ранее считался необходимым условием для эволюции сложных форм жизни.
«Земле примерно 4,5 миллиарда лет, а первые формы микробной жизни появились более 4 миллиардов лет назад. Эти организмы состояли из двух групп — бактерий и отдельных, но родственных им архей, известных под общим названием прокариоты», — говорит соавтор исследования Аня Спанг с кафедры микробиологии и биогеохимии Королевского нидерландского института морских исследований.
Прокариоты были единственной формой жизни на Земле на протяжении сотен миллионов лет, пока не появились более сложные эукариотические клетки, в том числе водоросли, грибы, растения и животные.
Давиде Пизани, профессор филогеномики в Школе биологических наук Бристольского университета и соавтор исследования, пояснил: «Предыдущие представления о том, как и когда ранние прокариоты превратились в сложных эукариот, были в основном умозрительными. Оценки разнились на миллиард лет, поскольку промежуточных форм не существовало, а убедительных ископаемых свидетельств не было».
Исследовательская группа разработала способ изучения этих вопросов, усовершенствовав метод «молекулярных часов», который используется для оценки того, как давно у двух видов был общий предок. «Мы использовали двухэтапный подход: собрав данные о последовательностях сотен видов и сопоставив их с известными ископаемыми свидетельствами, мы смогли создать древо жизни с временным разрешением. Затем мы применили эту систему для более точного определения времени исторических событий в рамках отдельных семейств генов», — добавил соавтор исследования профессор Том Уильямс с факультета естественных наук Университета Бата.
Собрав данные о множестве семейств генов в различных биологических системах и сосредоточившись на особенностях, которые отличают эукариотов от прокариот, команда начала собирать воедино путь развития сложной жизни.
Удивительно, но исследователи обнаружили доказательства того, что этот процесс начался почти 2,9 миллиарда лет назад — почти на миллиард лет раньше, чем по другим оценкам. Это говорит о том, что ядро и другие внутренние структуры, по-видимому, эволюционировали значительно раньше митохондрий. «Процесс постепенного усложнения происходил в течение гораздо более длительного периода, чем считалось ранее», — сказал автор исследования Гергели Сёллёши.
Ученые смогли отвергнуть некоторые сценарии, выдвинутые для эукариогенеза (эволюции сложной жизни), так как их данные не соответствовали ни одной существующей теории. Команда предложила новый, основанный на фактических данных сценарий возникновения сложной жизни.
Ведущий автор доктор Кристофер Кей, научный сотрудник Школы биологических наук Бристольского университета, пояснил: «Отличительной особенностью этого исследования является детальное изучение того, что на самом деле делают семейства генов и какие белки с какими взаимодействуют — и всё это в абсолютном времени. Для этого потребовалось объединить несколько дисциплин: палеонтологию для определения временной шкалы, филогенетику для создания достоверных и полезных деревьев и молекулярную биологию для определения контекста семейств генов. Это была масштабная работа».
«Одним из наиболее значимых открытий стало то, что митохондрии возникли значительно позже, чем ожидалось. Это совпадает по времени с первым существенным повышением уровня кислорода в атмосфере», — сказал автор Филип Донохью, профессор палеобиологии в Школе наук о Земле Бристольского университета.
Открытие напрямую связывает эволюционную биологию с геохимической историей Земли. Предки эукариот из царства архей начали приобретать сложные черты примерно за миллиард лет до того, как в океанах стало много кислорода, а до этого в них не было кислорода вовсе.
