Международный исследовательский коллектив вместе с учёными из Института биологии внутренних вод РАН и Тюменского государственного университета выяснили, что у грибов и животных был один общий предок среди одноклеточных существ, и жил он более миллиарда лет назад. Исследование было опубликовано в журнале Nature.
Учёные открыли несколько ранее неизвестных видов современных простейших одноклеточных, которые наиболее генетически близки к общему предку животных. Они расшифровали их геномы, а также геномы примитивных грибоподобных организмов с помощью секвенирования ДНК. Животные и грибы формируют два разных царства живой природы, имеют отличную морфологию и образ жизни, но эволюционировали они внутри одной супергруппы эукариотических организмов (Opisthokonta).
– В нашей лаборатории мы занимаемся изучением одноклеточных простейших, в частности гетеротрофных жгутиконосцев, которые являются очень древними одноклеточными существами, – рассказал Metro протистолог, заведующий лабораторией AquaBioSafe ТюмГУ и единственный российский учёный, участвовавшим в исследовании Денис Тихоненков. – Они – современные аналоги предков различных групп эукариот. Одноклеточные существа обитают в основном в водоёмах, они были первыми эукариотическими организмами (эукариотические – то есть имеющие ядро. – Прим. ред.) на Земле и представляют собой начальное звено эволюции. Мы открыли несколько новых для науки видов одноклеточных, которые оказались родственниками, близкими к предкам животных. В течение нескольких лет работали в этом направлении, вместе с зарубежными коллегами секвенировали их полные геномы и подтвердили удивительную вещь – царства животных и грибов произошли от одного общего одноклеточного предка. Это мы поняли по составу геномов. Каким был этот предок – никто точно не знает, сейчас его уже не существует. Но в природе существуют современные одноклеточные, они – аналоги той предковой формы, от которой произошли грибы и животные, в том числе и человек. У царства растений же был другой предок.
Учёные реконструировали эволюционные линии происхождения современных грибов и животных от общего предка и выделили важные пути генетических трансформаций для обоих царств. Оказалось, что различия в генах, которые существуют сегодня между животными и грибами, – результат эволюционных процессов, начавшийся сразу после расхождения предков двух групп более миллиарда лет назад. Раньше считали, что два царства обособились благодаря большому количеству геномных изменений внутри царств. Сейчас же учёные доказали, что процесс разделения начался значительно раньше у одноклеточных предков – до возникновения многоклеточных представителей в двух царствах.
– Линия одноклеточных предков, что ведёт к животным, начала накапливать гены, которые позже станут необходимыми для реализации многоклеточности, – продолжает Денис. – У них стали накапливаться признаки, генетический материал, который позволяет реализовать сложно устроенное клеточное поведение, создавать из клеток ткани. А линия, ведущая к современным грибам, понесла большие генетические потери, набор генов сместился в сторону увеличения многообразия метаболических функций, то есть различных химических превращений. Если сказать простыми словами – грибы значительно проще устроены, чем животные, но при этом у них сложный метаболизм, они могут питаться различными веществами, и в них происходят сложные химические превращения. У грибов в отличие от человека другой метаболизм.
По мнению учёных, данная работа может помочь в борьбе и профилактике раковых заболеваний.
– Расшифровка любых геномов, не только человека, но и родственных человеку организмов, даже таких просто устроенных одноклеточных, позволяет накапливать данные о том, как функционируют гены и как взаимодействуют клетки друг с другом, – рассказывает Денис Тихоненков. – Поскольку в основе раковых заболеваний лежат нарушения взаимодействий между клетками в организме, то полезно изучать геном, клеточные сигналы между различными клетками и их взаимодействия, чтобы лучше понять эти процессы и управлять ими. Если философски посмотреть на это, то одноклеточный организм бессмертен, пока делится клетка. Но, увы, есть такое явление в природе, как запрограммированная клеточная гибель. Научное название – апоптоз. Объясняется оно просто. Для того чтобы клетке бесконечно делиться, должны постоянно удлиняться кончики хромосом. Они изменяются за счёт фермента теломеразы. Фермент прекращает работу – кончики хромосом не растут, тогда и бесконечное деление прекращается. Для живого организма, как ни странно звучит, апоптоз необходим: если клетка не умирает, может развиться злокачественная опухоль. Поэтому управление процессами клеточного взаимодействия в будущем может позволить избежать онкологических заболеваний.
Сейчас учёные продолжают работу над изучением новых для науки видов одноклеточных жгутиконосцев. Они составляют новое царство одноклеточных существ.
– Раньше все одноклеточные эукариоты считались одним царством простейших, – делится Денис. – Сейчас оказалось, что представители царства простейших настолько разнообразны и неродственны друг другу, что можно выделить ещё более десяти различных царств. У них разный набор генов и в организмах происходят совершенно отличные биохимические процессы.