Эволюция митохондрий рассказывает о выходе животных на сушу
Согласно мнению большинства современных (и не очень) ученых, жизнь зародилась и первое время развивалась в водной среде. Лишь впоследствии разные группы организмов – от бактерий до растений, моллюсков и позвоночных – стали осваивать сушу.
О том, насколько сложным был этот переход, можно судить уже по тому, что первые достоверные следы наземных организмов встречаются нам лишь спустя несколько миллиардов лет после появления жизни.
Мало кто знает, но все наземные организмы произошли от небольшого числа видов древних животных, успешно освоивших сушу. О том, как именно им это удалось, рассказали недавно исследования эволюции митохондрий, предпринятые несколькими немецкими учеными .
В основе обмена веществ лежит энергия, а в организме большую часть энергии вырабатывают митохондрии. 13 митохондриальных генов кодируют белки, которые используются в процессе метаболизма.
Результатом работы митохондрий является образование АТФ – своеобразных энергетических консервов, используемых живой клеткой. Немецкие исследователи предположили, что при адаптации организмов к наземному образу жизни в генах митохондрий должны были происходить определенные изменения, направленные на повышение общей метаболической эффективности клетки.
Искать следы этих изменений решено было у моллюсков, поскольку многие семейства именно этой группы животных осваивали сушу независимо. Благодаря этому есть возможность найти схожие генетические адаптации в разных эволюционных линиях.
Нужно сказать, что подавляющее большинство прежних исследований приспособленности организмов к наземной жизни проводились на позвоночных. Однако беспозвоночные гораздо многочисленнее и разнообразнее – именно они составляют 95% всего разнообразия царства животных.
Исследователи сравнивали митохондриальный геном моллюсков из клады Euthyneura – наиболее широко распространенных брюхоногих, обитающих в море, на литорали, в пресной воде и на суше. В ходе своей работы ведущий автор исследования Педро Ромеро (Pedro Eduardo Romero) из Исследовательского центра климата и биоразнообразия Зенкенберга и его коллеги установили, что у разных групп моллюсков, независимо освоивших сушу, изменению подверглись одни и те же митохондриальные гены – cob и nad5.
Это свидетельствует о том, что на разные группы организмов влияли схожие силы отбора. Оба гена влияют на регуляцию выработки энергии, что согласуется с предположением, согласно которому переход к наземному образу жизни привел к увеличению затрат энергии.
Митохондриальные белки крайне важны для организма и поэтому их структура и функции слабо различаются даже у неблизкородственных организмов. А это значит, что можно сравнить аминокислотные последовательности моллюсков с такими же последовательностями у дельфинов, летучих мышей, людей и крыс.
В ходе такого сравнения было установлено, что следы отбора присутствуют в тех же аминокислотных позициях и у позвоночных.
Таким образом, одна и та же адаптация к изменению энергетических потребностей может встречаться не только у позвоночных, но и у моллюсков. Одни и те же белки, а иногда и одни и те же аминокислотные последовательности подвергаются отбору при резком изменении энергетических потребностей, например у китов, при их переходе к морскому образу жизни, у летучих мышей, во время освоения ими полета, у грызунов, переходящих от жизни на поверхности к жизни под землей.
Похоже, отмечают исследователи, что в резко изменяющихся условиях животные из разных групп получают очень схожие приспособления на уровне молекулярного аппарата, так как именно эти изменения являются ключевыми для удовлетворения возросших энергетических потребностей.
Проведенная работа является всего лишь отправной точкой – в дальнейшем немецкие ученые намерены провести сравнение групп организмов, освоивших сушу, используя не только митохондриальный геном, но и полученные современными способами секвенирования полные геномы организмов. Все это должно помочь определить и другие молекулярные адаптации, позволившие нашим предкам освоить сушу.
Статья опубликована журналом BMC Evolutionary Biology
