Найдены микробы, находившиеся в эволюционном застое десятки миллионов лет

Исследования, проведенные Лабораторией наук об океане Бигелоу, показали, что группа микробов, которые питались продуктами химических реакций, вызванных проникающей радиацией, находилась в эволюционном застое в течение миллионов лет.

«Это открытие показывает, что мы должны быть осторожны, делая предположения о скорости эволюции и об интерпретации древа жизни. Возможно, некоторые организмы эволюционно разгоняются будто спринтеры, а другие замедляются донельзя, что затрудняет установление надежных молекулярных графиков времени», — Эрик Беккрафт, ведущий автор исследования.

Микроб Candidatus Desulforudis audaxviator был впервые обнаружен в 2008 году группой ученых во главе с Таллисом Онстоттом, соавтором нового исследования. Найденные в южноафриканском золотом руднике в трех километрах от земной поверхности, получают необходимую им энергию в результате химических реакций, вызванных естественным радиоактивным распадом минералов.

Они обитают в заполненных водой полостях внутри скал в полностью независимой экосистеме, свободной от солнечного света и каких-либо других организмов.

Из-за их уникальной биологии и изоляции авторы нового исследования хотели понять, как развивались эти микробы. Они исследовали другие образцы окружающей среды глубоко под землей и обнаружили Candidatus Desulforudis audaxviator в Сибири и в Долине Смерти в Калифорнии, а также в нескольких других рудниках в Южной Африке.

Эти открытия дали исследователям уникальную возможность найти различия, которые возникли между популяциями за миллионы лет их эволюции.

«Мы хотели использовать эту информацию, чтобы понять, как они развивались, и какие условия окружающей среды приводят к определенным генетическим адаптациям. Мы думали о микробах, как если бы они были обитателями изолированных островов – как зяблики, которых Дарвин изучал на Галапагосских островах», — Рамунас Степанаускас, соавтор исследования.
Используя передовые инструменты, которые позволяют ученым читать генетические чертежи отдельных клеток, исследователи изучили геномы 126 микробов, полученных с трех континентов. Удивительно, но все они оказались практически идентичными.

По словам Степанаускаса, это шокировало ученых и заставило их недоумевать. Исследователи не нашли доказательств того, что микробы могут перемещаться на большие расстояния, выживать на поверхности или долго жить в присутствии кислорода. Следовательно, разные популяции никак не могли пересекаться друг с другом.

«Лучшее объяснение, которое у нас есть на данный момент, заключается в том, что эти микробы не сильно изменились с тех пор, как их физическое местонахождение разошлось во время распада суперконтинента Пангея около 175 миллионов лет назад. Они кажутся живыми окаменелостями тех дней. Это звучит довольно безумно и противоречит современному пониманию эволюции микробов», — Рамунас Степанаускас.

Авторы работы отмечают, что известная микробная эволюция происходит гораздо более ускоренными темпами. Например, кишечная палочка эволюционирует всего за несколько лет в ответ на изменения окружающей среды, такие как воздействие антибиотиков.

Исследователи предполагают, что обнаруженная ими неподвижная эволюция связана с мощной защитой микробов от мутации, которая по существу заблокировала их генетический код. Если они правы, то это очень ценное открытие.

Микробные ферменты, которые создают копии молекул ДНК, называемые ДНК-полимеразами, широко используются в биотехнологии. Особенно ценны ферменты с высокой точностью воспроизведения или способностью воссоздавать себя с небольшими различиями между копией и оригиналом.

«Существует большой спрос на ДНК-полимеразы, которые не допускают много ошибок. Такие ферменты могут быть полезны для секвенирования ДНК, диагностических тестов и генной терапии», — говорит Степанаускас.

Результаты этого исследования могут иметь далеко идущие последствия и изменить представление ученых о генетике микробов и темпах их эволюции.

«Эти данные являются мощным напоминанием о том, что различные микробные ветви, которые мы наблюдаем на древе жизни, могут сильно отличаться за время, прошедшее со времени их последнего общего предка. Понимание этого имеет решающее значение для понимания истории жизни на Земле», — заключает Беккрафт.