Ученые впервые составили карту генетической эволюции динофлагеллят

Группа ученых использовала новые данные генетического секвенирования, чтобы понять, как древний организм, существовавший вместе с динозаврами, эволюционировал в течение миллионов лет. Четырехлетняя работа исследовательской команды из дюжины университетов впервые раскрыла биологию и эволюцию динофлагеллят — крошечных, но сложных организмов, известных в основном как морской планктон.

Динофлагелляты встречаются повсюду. Они превращают солнечный свет в кислород для воздуха, которым мы дышим. Они являются древними строительными блоками ископаемого топлива. Их можно найти в пищевых добавках в магазинах для улучшения здоровья мозга. Они заставляют лагуны светиться ночью в таких местах, как Пуэрто-Рико. Они также ответственны за токсичное цветение водорослей, которое может убивать огромное количество рыбы, и за токсины в моллюсках, вредные для человека.

Несмотря на ключевую роль в окружающей среде, они долгое время были плохо изучены из-за своих больших и сложных геномов. Одна динофлагеллята может иметь от 12 до 400 хромосом в своем большом ядре. Для сравнения, у человека 23 пары, всего 46. Ученым удалось объединить молекулярные, палеонтологические и биогеохимические данные, чтобы нанести на карту основные вехи в эволюции динофлагеллят за миллионы лет, создав пересмотренную модель их эволюции.

«Составление карты эволюции динофлагеллят никогда раньше не делалось — успешно и в таком масштабе», — сказал Цветан Бахваров, молекулярный генетик из Центра экологических наук Университета Мэриленда.

Исследование показало, что нефотосинтезирующие динофлагелляты (те, что не используют солнечный свет для синтеза питательных веществ из углекислого газа и воды) сохранили пластиды (место производства важных химических соединений в клетках растений и водорослей), которые выполняют жизненно важные метаболические функции. Одна из этих функций может быть эволюционным источником свечения динофлагеллят.

«Прогноз о том, что значительная часть разнообразия динофлагеллят, включая все свободноживущие гетеротрофы, сохранила остаточные пластиды, показывает, как мало мы о них знаем, и может помочь нам лучше понять их роль в океанах и других областях», — сказал ведущий автор исследования Ян Яноушковец из Университетского колледжа Лондона.

Результаты могут привести к лучшему пониманию того, как работает биолюминесценция, как остановить вредоносные «красные приливы» или как идентифицировать районы, богатые нефтью, изучая окаменелые динофлагелляты в горных породах.

«Они нарушают фундаментальные правила дарвиновской эволюции. Они склонны заимствовать гены из разных мест, — сказал Бахваров. — Океан похож на гигантский каталог запчастей, из которого можно брать гены и использовать их. Организмы, которые могут приобретать гены из окружающей среды, имеют селективное преимущество».

Исследование «Major transitions in dinoflagellate evolution unveiled by phylotranscriptomics» недавно опубликовано в Proceedings of the National Academies of Sciences.