Niedawne badania sugerują, że w okresie neoproterozoiku wyłoniły się już odrębne linie rodowe ameb, a także przodków roślin, glonów i zwierząt, które zdołały przetrwać dwa globalne zlodowacenia, które pokryły planetę.
Około 800 milionów lat temu (mya), na długo przed powstaniem superkontynentu Pangei, różnorodność biologiczna Ziemi była bardziej zróżnicowana, niż wcześniej sądzono. Brazylijscy badacze, rekonstruując ewolucyjne drzewo życia składające się ze starożytnych ameb i przodków alg, grzybów, roślin i zwierząt, zaproponowali scenariusz, w którym wiele odrębnych linii rodowych gatunek współistniały w tej epoce. Wyniki ich badań szczegółowo opisano w artykule opublikowanym w czasopiśmie „ Proceedings of National Academy of Sciences of the United States of America (PNAS).
Według literatury kilka linii eukariontów, które pojawiły się po raz pierwszy 1,5 miliarda lat temu, zróżnicowało się i ugruntowało swoją pozycję podczas neoproterozoiku natlenienia (850–540 milionów lat temu), kiedy poziom tlenu w atmosferze i oceanach znacznie wzrósł w wyniku zmian w geochemii planety.
Eukarionty to organizmy składające się z jednej lub więcej komórek, w których DNA jest zawarte w odrębnym jądrze (całe życie na Ziemi z wyjątkiem bakterii i archeonów).
Badania przeprowadzone przez naukowców skupiły się na pochodzeniu i czasach dywergencji amebozoanów, wykazując, że wiele z tych organizmów, a także przodkowie roślin, glonów, grzybów i zwierząt przetrwało nawet dwa zlodowacenia okresu kriogenicznego (790-635). mya, środkowa era neoproterozoiku, poprzedzona okresem toniańskim, po którym nastąpił ediakar). Zgodnie z hipotezą Ziemi przypominającą kulę śnieżną, w tym okresie lód polarny pokrywał całą planetę przez około 100 milionów lat.
Rzucające wyzwanie teorie klasyczne
„Klasyczny paradygmat neoproterozoiku był taki, że na planecie praktycznie nie było życia poza jednym lub dwoma gatunkami bakterii i protistów. Jednakże w ciągu ostatnich 15 lat w różnych miejscach na całym świecie zidentyfikowano skamieniałości organizmów jednokomórkowych, eukariotycznych i heterotroficznych. Te skamieniałości pochodzą z około 800 milionów lat temu [and are termed Tonian]. Wszystko to dołączyło do naszego badania, w którym odtworzono drzewo życia i wykorzystano oszacowanie maksymalnego prawdopodobieństwa do zidentyfikowania kilku dobrze ugruntowanych linii tonijskich przodków ameb, zwierząt, grzybów i roślin. To radykalnie zmienia paradygmat sposobu, w jaki doszło do zróżnicowania życia na naszej planecie” – powiedział Agência FAPESP Daniel Lahr, ostatni autor artykułu i profesor Instytutu Nauk Biologicznych (IB-USP) Uniwersytetu w São Paulo.
Innymi słowy, badanie datuje masową dywersyfikację życia na Ziemi na około 260 milionów lat wcześniej niż w paradygmacie, na długo przed eksplozją kambru (pojawienie się nowych organizmów wielokomórkowych na początku okresu kambru między 541 a 530 milionów lat temu). W tym okresie Ziemię zamieszkiwały głównie zwierzęta morskie bezkręgowce takie jak trylobity, ramienionogi i graptolity, i panowały w nich ciepły i wilgotny klimat bez śladów lodowców.
„Eukarionty pozostały bardzo zróżnicowane pomimo wszystkich zmian klimatycznych, które miały miejsce w okresie neoproterozoiku, wykazując większe zdolności adaptacyjne, niż oczekiwano. Jest to ważne, ponieważ odtworzenie drzewa filogenetycznego służy również jako podstawa do badań nad rekonstrukcją paleoklimatu” – wyjaśnił Lahr.
„Ciekawym aspektem jest to, że ameby Arcellinid żyły wówczas w wodzie słonej, podczas gdy obecnie wszystkie żyją w wodzie słodkiej. Tego rodzaju zmiany są często obserwowane w trakcie ewolucji od zarania dziejów, ale w przypadku tych ameb dotyczyło to wszystkich linii rodowych, co po raz kolejny pokazuje, jak bardzo te organizmy potrafiły się przystosować”.
Naukowcy wykorzystali innowacyjne techniki do odtworzenia drzewa filogenetycznego (ewolucyjnego) z rodzaju Thecamoeba należącego do rzędu Arcellinida i na tej podstawie odbudowania drzewa życia, począwszy od pierwotnych przodków roślin, grzybów, glonów i zwierząt .
„Tekameby były podstawą tej rekonstrukcji. Od tego momentu byliśmy w stanie wyobrazić sobie inne organizmy, które poprzedzały inne grupy i które również musiały być obecne i zróżnicowane w omawianym okresie przez około 800 milionów lat temu” – powiedział Lahr.
Rekonstrukcja drzewa filogenetycznego
Poprzednie badania ujawniły osiem nowych linii przodków Thecamoebae, największej grupy Amoebozoa, kladu (wspólnego przodka i wszystkich jego potomków) pierwotniaków z pseudopodiami w kształcie rurek lub płaskich płatków służących do poruszania się i żerowania. Kameby są znane jako ameby jąderkowe ze względu na ich twardy pancerz.
„Dzięki matematycznemu modelowi prawdopodobieństwa udało nam się określić morfologię przodków tekamebów [from genetic data for species now alive on Earth] i porównaj to z morfologią kopalną. W tym badaniu zidentyfikowaliśmy linie rodowe kameby przodków i zwiększone zróżnicowanie tych organizmów w neoproterozoiku” – powiedział Lahr.
W badaniu opisanym w PNAS naukowcy pogłębili swoją wiedzę na temat życia na planecie 800 milionów lat temu, wykorzystując linie rodowe kameby jako punkty kalibracji drzewa filogenetycznego roślin, glonów, grzybów, zwierząt i ich przodków. FAPESP wspierał prace poprzez regularny grant badawczy i stypendium doktoranckie.
„Opracowując to rozszerzenie drzewa życia, dokonaliśmy kilku interesujących odkryć na temat okresu w historii planety, który zawsze był niejasny. Kalibrując drzewo zgodnie z badaniami filogenetycznymi Thecamoebae, byliśmy w stanie podwoić ilość informacji o eukariontach w neoproterozoiku. Nasza analiza danych wykazała, że w tym okresie zaczęła pojawiać się wielka różnorodność linii rodowych, z których jedną były zwierzęta, a drugą grzyby, prawdopodobnie obok roślin” – powiedział Lahr.
Wyjaśnił, że jedną z innowacyjnych technik zastosowanych w badaniu jest transkryptomika pojedynczych komórek, dzięki której można zsekwencjonować cały transkryptom pojedynczej komórki lub organizmu jednokomórkowego. Transkryptom jest zbiorem wszystkiego RNA transkrypty, w tym kodujące i niekodujące, u osobnika lub populacji komórek. Transkrypcja, pierwszy etap ekspresji genu, polega na skopiowaniu sekwencji DNA genu w celu wytworzenia cząsteczki RNA. Sekwencjonowanie transkryptomu umożliwia badaczom prześledzenie procesu ewolucyjnego w odwrotnej kolejności, identyfikując gatunki, które żyły w przeszłości.
„Zanim wynaleziono tę technikę, możliwe było uzyskanie jedynie transkryptomów organizmów jednokomórkowych żyjących w hodowli, czyli niespełna 1% pełnej różnorodności mikroorganizmów. Dzięki tej innowacji udało nam się ustrukturyzować filogenezę Thecamoebae jako całość. Jest to bardzo zróżnicowana grupa i jest interesująca, ponieważ rzuca światło na te okresy w historii Ziemi, w których znajdują się zapisy kopalne, z którymi możemy dokonać porównań. Poza tym na drzewie życia ameby są bliżej zwierząt niż roślin, a to odkrycie umożliwiło nam dokonanie ważnych kalibracji” – powiedział Lahr.
Odniesienie: „Amebozoan testate ameby oświetlają różnorodność heterotrofów i złożoność ekosystemów na przestrzeni czasu geologicznego” Alfredo L. Porfirio-Sousa, Alexander K. Tice, Luana Morais, Giulia M. Ribeiro, Quentin Blandenier, Kenneth Dumack, Yana Eglit, Nicholas W. Fry, Maria Beatriz Gomes E Souza, Tristan C. Henderson, Felicity Kleitz-Singleton, David Singer, Matthew W. Brown i Daniel JG Lahr, 16 lipca 2024 r., Postępowanie Narodowej Akademii Nauk.
DOI: 10.1073/pnas.2319628121
Badanie zostało sfinansowane przez Fundację Badawczą w São Paulo.
