Геология и эволюция

Оказалось, что большинство семейств (из тех, которых не было у последнего общего предка всех существующих организмов) возникло в архейскую эру, примерно 3, 3 млрд лет назад. Далее авторы проанализировали кофакторы и субстраты этих ферментов и выяснили, что среди белков, кодируемых архейскими генами, особенно велика доля тех, которые связывают железо, железо-серные кластеры и молекулярный кислород, а также другие группы, участвующие в окислительно-восстановительных реакциях. Это может отражать расширение репертуара процессов дыхания и переноса электронов, причем гены, задействованные в кислородном дыхании, массово появляются лишь к концу архейского взрыва. Это согласуется с геологическими моделями повышения содержания кислорода в атмосфере.

Частое использование меди и молибдена в качестве кофакторов архейских генов также согласуется с геохимическими сведениями о появлении марганца в конкрециях и повышенной растворимости этих металлов при увеличении содержания кислорода в морской воде: только растворенные ионы металлов доступны для живых организмов. Ситуация с никелем также в общем согласуется с геохимическими данными. А вот ситуация с железом оказалась противоречива: количество ферментов, кофактором которых является железо, растет, при том, что растворимость железа падает с увеличением содержания кислорода в воде, а в бескислородных глубоких водах железо осаждается в результате реакций с сульфидом. Одним из объяснений этого может быть эволюционная инерция, из-за которой прокариотам оказалось проще развить системы добывания железа, такие как сидерофоры, вместо того, чтобы отказаться от железо-зависимых ферментов.

Температура

Еще один подход — реконструкция древних белков и изучение их свойств. Дело в том, что современные методы построения эволюционных деревьев не только восстанавливают историю, но и (с некоторой вероятностью) — предковые последовательности в каждом узле. Далее, методы генной инженерии позволяют воссоздать эту последовательность в виде молекулы ДНК, вставить ее в живую бактерию и наработать соответствующий белок. А затем можно изучать его свойства, например, температурный оптимум — температуру, при которой фермент наиболее активен.

Простые эволюционные соображения (подтвержденные многочисленными наблюдениями) показывают, что температурный оптимум совпадает с температурой, при которой (преимущественно) живет организм. Так что, реконструировав древние белки и измерив их температурный оптимум, мы можем установить, при какой температуре жили предки современных организмов. Именно этот подход был применен в работе, выполненной в лаборатории Эрика Гоше. Поскольку амбиции авторов простирались очень далеко, они исследовали весьма консервативный белок, фактор трансляции EF-Tu. Авторы реконструировали белки в нескольких внутренних узлах, измерили температурные оптимумы и сопоставили их с температурой мирового океана. Оказалось, что два графика почти полностью совпали — с точностью до несовершенства эволюционных датировок внутренних узлов и измерения температуры по косвенным геохимическим данным.

***

Узким местом второй и третьей из обсуждаемых работ является датировка внутренних узлов. В первом случае — для грибов — всё понятно: датировка производится по палеонтологическим данным, которые, даже с учетом неполноты палеонтологической летописи, дают разумные оценки (при этом надо учитывать, что появление таксона в виде известных палеонтологических объектов может случиться заметно позднее, чем его возникновение в ходе эволюции). Но как калибровать эволюционное древо прокариот? Во-первых, здесь тоже существуют палеонтологические и геологические соображения, скажем, увеличение концентрации кислорода в атмосфере (которое можно наблюдать) естественно связывать с возникновением фотосинтеза — и, стало быть, соответствующих белков (на молекулярном уровне) и цианобактерий (на уровне таксономии). Второй способ — привязать эволюцию бактерий к эволюции других организмов (скажем, хозяев для патогенов или эндосимбионтов), для которых можно осуществить пересчет молекулярных часов в астрономическое время и таким образом откалибровать молекулярные часы прокариот.

Ясно, что пока подобные работы представляют собой скорее яркие курьезы. Однако ясно и то, что с увеличение объемов доступных геномных данных поток таких результатов будет нарастать, и, как всегда в науке, постепенно из них будет складываться красочная, но в целом непротиворечивая картина того, что (по всей видимости) происходило на самом деле. А мораль, вытекающая из этих первых попыток, состоит в том, что интересные наблюдения делаются при привлечении очень разнообразных соображений. И это мораль не нова.

Перейти на страницу: 1 2 

Еще статьи

Социально-экономическое развитие Украины
Украина – южный сосед Беларуси, с которым у нашей страны тесные культурные и экономические связи. Как и Беларусь, Украина пережила серьезный кризис после развала СССР с последующей коренной политической и экономической перестройкой. Примером структурных сдвигов в экономике может служить резкое ...