Из всех фотосинтезирующих организмов наземные растения имеют наиболее сложный организм. Как возникла эта морфология? Группа ученых под руководством Геттингенского университета глубоко погрузилась в историю эволюции морфологической сложности стрептофитов, к которым относятся наземные растения и многие зеленые водоросли.
Исследования команды позволили им вернуться в прошлое и изучить линии, возникшие задолго до того, как появились наземные растения. Их результаты пересматривают понимание взаимоотношений группы нитчатых водорослей-колонизаторов суши, намного старше наземных растений. Используя современные данные секвенирования генов, исследователи определили, что появление многоклеточности произошло почти миллиард лет назад. Результаты были опубликованы в журнале Current Biology.
Исследование было сосредоточено на Klebsormidiophyceae, классе зеленых водорослей, известных своей способностью колонизировать разнообразные среды обитания по всему миру. Команда исследователей провела обширный отбор проб, исследуя среду обитания, начиная от ручьев, рек и берегов озер до болот, почвы, природных камней, коры деревьев, кислых участков после добычи полезных ископаемых, песчаных дюн, городских стен и фасадов зданий.
«Действительно удивительно, что эти крошечные крепкие организмы имеют такое большое разнообразие морфологии, а также чрезвычайно хорошо приспособлены к жизни в порой очень суровых условиях», — говорит доктор Татьяна Дариенко из Института микробиологии и генетики Геттингенского университета.
Целью этого всеобъемлющего отбора проб было создание глобальной карты распространения Klebsormidiophyceae, подчеркивающей их адаптивность, экологическую значимость и скрытое разнообразие. Основываясь на генетических данных, откалиброванных по окаменелостям, исследователи провели «анализ молекулярных часов».
Углубляясь в сложную историю эволюции Klebsormidiophyceae, исследователи столкнулись с трудностями при разрешении филогенетических связей с использованием традиционных маркеров. Чтобы преодолеть эту проблему, они использовали сотни генов, полученных из транскриптомов 24 изолятов с разных континентов и сред обитания.
«Наш подход, известный как филогеномика, заключался в реконструкции эволюционной истории с учетом целых геномов или больших фракций геномов», — объясняет доктор Икер Ирисарри из Института анализа изменений биоразнообразия Лейбница. «Этот чрезвычайно мощный метод может реконструировать эволюционные отношения с очень высокой точностью».
Исследование выявило новое филогеномное древо жизни Klebsormidiophyceae, которое разделено на три отряда.
«Это глубокое погружение в филогеномную структуру и наши молекулярные часы раскрыло древнего предка Klebsormidiophyceae — многоклеточного существа, процветавшего миллионы лет назад, чьи потомки начали разделяться на три отдельные ветви более 800 миллионов лет назад», — говорит Маайке Биренбродспот из Геттингенского университета.
Эти результаты были использованы для изучения истории эволюции многоклеточности стрептофитов. Исследование показало, что древний общий предок наземных растений, других водорослей-стрептофитов и клебсормидиофицеев уже был многоклеточным.
«Это открытие проливает свет на генетический потенциал многоклеточности среди стрептофитов, указывая на древнее происхождение этого важнейшего признака почти миллиард лет назад», - заключил профессор Ян де Врис из Института микробиологии и генетики Геттингенского университета.
