Живые ископаемые: микроб, обнаруженный в эволюционном застое миллионы лет
Исследование под руководством Лаборатории Бигелоу океанологических наук показало, что группа микробов, питающихся химическими реакциями, вызванными радиоактивностью, находилась в эволюционном застое миллионы лет. Открытие может иметь важные последствия для биотехнологий и научного понимания эволюции микробов.
«Это открытие показывает, что мы должны быть осторожны, делая предположения о скорости эволюции и интерпретируя древо жизни», — сказал Эрик Бекрафт, ведущий автор статьи. — «Возможно, одни организмы входят в эволюционный спринт, а другие замедляются до ползания».
Микроб Candidatus Desulforudis audaxviator был впервые обнаружен в 2008 году в южноафриканской золотой шахте почти в двух милях под поверхностью Земли. Микробы получают энергию из химических реакций, вызванных естественным радиоактивным распадом в минералах. Они обитают в заполненных водой полостях внутри камней в полностью независимой экосистеме, не зависящей от солнечного света или других организмов.
Авторы нового исследования обнаружили этот же вид микробов в образцах из Сибири, Калифорнии и нескольких других шахт в Южной Африке. Поскольку каждая среда была химически различной, это дало исследователям уникальную возможность найти различия, возникшие между популяциями за миллионы лет эволюции.
Используя инструменты для чтения генетических чертежей отдельных клеток, исследователи изучили геномы 126 микробов с трех континентов. К удивлению, они оказались почти идентичными.
Ученые не нашли доказательств того, что микробы могут преодолевать большие расстояния, выживать на поверхности или долго жить в присутствии кислорода. После исключения возможности перекрестного загрязнения образцов, правдоподобные объяснения сократились.
«Лучшее объяснение, которое у нас есть на данный момент, заключается в том, что эти микробы почти не изменились с тех пор, как их физические местоположения разделились во время распада суперконтинента Пангея около 175 миллионов лет назад», — сказал Рамунас Степанаускас, старший научный сотрудник лаборатории Бигелоу. — «Они выглядят как живые ископаемые тех дней. Это звучит довольно безумно и противоречит современному пониманию микробной эволюции».
Это контрастирует с ускоренным темпом эволюции многих хорошо изученных бактерий, таких как E. coli, которые могут эволюционировать за несколько лет в ответ на изменения окружающей среды, например, воздействие антибиотиков.
Степанаускас и его коллеги предполагают, что обнаруженный эволюционный застой связан с мощной защитой микроба от мутаций, которая по существу заблокировала его генетический код. Если исследователи правы, это была бы редкая особенность с потенциально ценными преимуществами.
Микробные ферменты, создающие копии молекул ДНК, — ДНК-полимеразы, — широко используются в биотехнологии. Особенно ценны ферменты с высокой точностью (fidelity), то есть способностью воспроизводить себя с минимальными отличиями между копией и оригиналом.
«Существует высокий спрос на ДНК-полимеразы, которые не делают много ошибок», — сказал Степанаускас. — «Такие ферменты могут быть полезны для секвенирования ДНК, диагностических тестов и генной терапии».
«Эти результаты — мощное напоминание о том, что различные микробные ветви, которые мы наблюдаем на древе жизни, могут сильно различаться по времени, прошедшему с их последнего общего предка», — сказал Бекрафт. — «Понимание этого критически важно для понимания истории жизни на Земле».