Приблизительно четыре миллиарда лет назад на Земле появились первые формы жизни. На протяжении многих эпох биологическая жизнь состояла из прокариотических организмов, ранних бактерий или архей. Определить, когда появились эукариотические клетки, непросто. Многие гипотезы указывают на то, что сложная эукариотическая жизнь возникла около двух миллиардов лет назад, что совпало с появлением митохондрий в клетках вскоре после того, как атмосфера Земли стала более богатой кислородом.
Однако новое исследование, проведенное учеными из Бристольского университета, предполагает, что эукариотическая клетка начала формироваться почти на миллиард лет раньше, чем считалось ранее. Отслеживая события дупликации генов в репрезентативной выборке организмов по всему древу жизни, исследователи показали, что многие ключевые признаки эукариот, вероятно, появились до захвата микроорганизма, который впоследствии стал митохондрией клетки. Эти результаты, опубликованные в журнале Nature, дают ключи к пониманию истории возникновению сложной жизни на Земле.
Чтобы начать выяснять, когда появились эукариотические клетки, авторы исследования создали филогенетическое древо с несколькими таксонами эукариот, бактерий и архей, оценив скорость их эволюции с участием 62 генов. Используя это древо как молекулярные часы, они определили, что ветвь архей, которая дала начало ядру (первому общему предку ядерных эукариот, nFECA), разделилась между 3,05 и 2,79 миллиардами лет назад. Между тем, часы показали, что бактерии, которым суждено было стать митохондриями (митохондриальный первый общий предок эукариот, mFECA), произошли от своих родственников между 2,37 и 2,13 миллиардами лет назад.
Используя эти временные рамки, исследователи изучили геномы репрезентативных организмов в семействах генов, которые произошли от прокариот, на предмет дупликации генов; эти события характерны для эукариот. Ученые выявили более 100 таких семейств с дупликациями в генах, имеющих архейное или бактериальное происхождение. Исследователи увидели, что дупликации генов, происходящих из генов архей, начались до предполагаемого появления митохондрий и связанных с ними метаболических изменений. Между тем, большинство дупликаций бактериальных семейств генов появились только после возникновения митохондриального симбиоза.
“Одним из наших самых важных открытий стало то, что митохондрии появились значительно позже, чем считалось. Время совпадает с первым существенным повышением содержания кислорода в атмосфере”, — рассказал эволюционный биолог и соавтор исследования Филип Донахью. “Это открытие напрямую связывает эволюционную биологию с геохимической историей Земли. Архейные предки эукариот начали эволюционировать примерно за миллиард лет до того, как в океанах, которые были полностью бескислородными, стало много кислорода”.
Другой вопрос, касающийся возникновения сложной жизни, связан с тем, когда возникли признаки, связанные с эукариотами, такие как цитоскелет, эндомембранная система и ядро. Используя свой подход к дупликации семейства генов, исследователи определили, когда на хронологической шкале эукариот появились эти признаки. Они показали, что семейства генов актина и тубулина у архей дублировались у ранних эукариот до предполагаемого времени митохондриального эндосимбиоза. Несколько дупликаций генов в эндомембранной системе не только предшествовали митохондриям, но и выявили происхождение от бактерий, отличных от возможных митохондрий. Дупликации в генах, связанных со сплайсосомой и РНК-полимеразой, происходящих от архей, также предшествовали митохондриальному симбиозу. Эти данные подтверждают гипотезу о том, что происхождение эукариот начало формироваться еще до появления митохондрий.
“Что отличает это исследование от других, так это детальное изучение того, что на самом деле делают эти семейства генов и какие белки с какими взаимодействуют — и все это во временной шкале. Для этого потребовалось сочетание целого ряда дисциплин: палеонтологии для определения времени, филогенетики для создания точных и полезных деревьев и молекулярной биологии для описания этих семейств генов. Это огромная работа”, — отметил Донахью.
https://microbius.ru/news/duplitsirovannye-geny-ukazyvayut-na-bolee-rannee-nachalo-slozhnoy-zhizni
Источник: microbius.ru
Источник: ai-news.ru
