Ученые ФИЦ Биотехнологии РАН совместно с зарубежными коллегами обнаружили, что древние сульфатредуцирующие бактерии, обитающие в изолированных от поверхности Земли подземных экосистемах в Африке, Северной Америке и Сибири генетически почти не отличаются друг от друга — по сути, они не эволюционировали. Это очень необычно, поскольку расхождение этих популяций произошло вместе с разделением суперконтинента Пангеи на материки примерно от 165 до 55 миллионов лет назад. Причины такого феномена до конца непонятны, но вероятнее всего в его основу легли очень точные системы репликации ДНК и ее репарации при повреждениях. Результаты работы опубликованы в The ISME Journal.
| Миллионы лет существования организмов не проходит бесследно — предок и современная форма могут кардинально отличаться благодаря эволюционному процессу. Изменение условий среды приводит к тому, что наиболее приспособленные организмы, в геномах которых накопились «полезные» изменения выживают, дают потомство, и так шаг за шагом меняется ДНК и облик особей. Однако недавнее открытие ученых ФИЦ Биотехнологии РАН и их зарубежных коллег показало, что это правило не является универсальным.
«Мы исследовали геномы сульфатредуцирующих бактерий Candidatus Desulforudis audaxviator из разных уголков мира — Африки, Евразии и Северной Америки. Эти организмы обитают в бескислородных условиях, глубоко под землей в условиях изоляции от поверхностной биосферы, , а энергию получают, превращая водород и остаток серной кислоты в сероводород. Так они жили и во времена, когда три материка были слиты в один суперконтинент Пангею, а популяция этих бактерий была едина. Казалось бы, после разделения прошло порядка 165 миллионов лет, и организмы должны были пойти по разному пути и накопить отличия в ДНК. На деле все совсем иначе», — рассказывает старший научный сотрудник лаборатории геномики микроорганизмов и метагеномики ФИЦ Биотехнологии РАН, к.б.н. Виталий Кадников.
Секвенирование геномов единичных клеток позволило сравнить между собой представителей Candidatus Desulforudis audaxviator из трех географически удаленных районов Земли. Анализ показал, что популяции практически не отличаются между собой: совпало более 99,2% их нуклеотидных последовательностей. Вероятно, в основе такого высокого сходства лежат уникальные механизмы защиты и точного воспроизведения молекул ДНК этих бактерий. Поскольку миллионы лет своего существования они провели на глубине в несколько километров под землей, где условия по сравнению с поверхностью планеты остаются довольно стабильными, более успешной оказалась стратегия неизменности. По-видимому, мутации нуклеотидных последовательностей, способствующие появлению новых признаков организма, здесь оказались неблагоприятным для выживания фактором. |
А. Географическое расположение и глубина мест отбора образцов, из которых были получены геномы единичных клеток. В. Зависимость средней нуклеотидной идентичности от географической удаленности образцов. |
«Candidatus Desulforudis audaxviator сильно отличаются от обычных микробных моделей, используемых в эволюционных исследованиях. Наши результаты показали необходимость пересмотра знаний об эволюции бактерий — кто знает, сколько еще подобных видов-консерваторов кроется на дне океанов и под землей? Кроме того, исследование их систем защиты и репликации ДНК может иметь биотехнологические применения», — заключает Виталий Кадников.