Новые исследования показали, что группа бактерий, которые существуют за счет химических реакций, вызванных радиоактивностью, находилась в эволюционном застое в течение миллионов лет. Открытие может иметь важные последствия для приложений биотехнологии и научного понимания эволюции микробов.
«Открытие показывает, что мы должны быть осторожны, делая предположения о скорости эволюции и о том, как мы интерпретируем древо жизни, — заявил Эрик Беккрафт, ведущий автор статьи. — Это затруднит установление надежных молекулярных графиков времени».
Бекрафт, ныне доцент биологии в университете Северной Алабамы, завершил исследование в рамках своей докторской работы в лаборатории Бигелоу и недавно опубликовал его в журнале ISME издательской группы Nature.
Бактерия Candidatus Desulforudis audaxviator впервые обнаружена в 2008 году группой ученых во главе с Таллисом Онстоттом, соавтором нового исследования. Их нашли в южноафриканском золотом руднике почти в двух милях от поверхности Земли. Там они 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 или каких-либо других организмов.
Из-за их уникальной биологии и изоляции авторы нового исследования хотели понять, как развивались бактерии. Они изучили другие образцы окружающей среды глубоко под землей и обнаружили Candidatus Desulforudis audaxviator в Сибири и Долине Смерти в Калифорнии, а также в нескольких шахтах в Южной Африке. Каждая среда была химически разной. Это дало ученым уникальную возможность искать 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 каким генетическим адаптациям, — объясняет старший научный сотрудник лаборатории Бигелоу Рамунас Степанаускас и автор статьи. — Мы думали о бактериях, как если бы они были обитателями изолированных островов, как зяблики, которых Дарвин изучал на Галапагосских островах».
Используя передовые инструменты, исследователи изучили геномы 126 бактерий, полученных с трех континентов. Удивительно, но все они оказались практически идентичными.
Ученые не нашли доказательств того, что микробы могут перемещаться на большие расстояния, выживать на поверхности или долго жить в присутствии кислорода. Итак, как только исследователи определили, что нет возможности перекрестного заражения образцов во время исследования, правдоподобных объяснений стало меньше.
«Лучшее объяснение, которое у нас есть на данный момент, заключается в том, что эти микробы не сильно изменились с тех пор, как они переместились во время распада суперконтинента Пангея около 175 млн млн лет назад, — заключает Степанаускас. — Они кажутся живыми окаменелостями тех дней. Это звучит довольно безумно и противоречит современному пониманию эволюции бактерий».
Многие хорошо изученные бактерии, такие как кишечная палочка, эволюционируют всего за несколько лет в ответ на изменения окружающей среды, такие как воздействие антибиотиков.
Степанаускас и его коллеги предполагают, что обнаруженная ими неподвижная эволюция связана с мощной защитой микробов от мутации, которая, по существу, заблокировала их генетический код.
Читать далее
Создана первая точная карта мира. Что не так со всеми остальными?