Nowe badania ujawniły grupę drobnoustrojów pozostającą w ewolucyjnym zastoju od czasu rozpadu Pangei – około 175 milionów lat temu. Odkrycie może mieć znaczące konsekwencje w biotechnologii i zrozumieniu ewolucji mikroorganizmów.
Analiza genetyczna drobnoustrojów z gatunku Candidatus Desulforudis audaxviator (CDA) zebranych z trzech różnych kontynentów wykazała, że mikroorganizmy te właściwie nie ewoluowały, odkąd ostatnio przebywały razem w tej samej masie lądowej, Pangei, czyli od około 175 mln lat. Wyniki badań przeprowadzonych przez zespół naukowców z Bigelow Laboratory for Ocean Sciences ukazały się na łamach pisma „The ISME Journal”.
- To odkrycie pokazuje nam, że musimy być ostrożni, przyjmując założenia dotyczące szybkości ewolucji i interpretacji drzewa życia - powiedział Eric Becraft, główny autor publikacji. - Jest możliwe, że niektóre organizmy wchodzą w ewolucyjny pełny sprint, podczas gdy inne zwalniają do pełzania - dodał.
Becraft wraz ze współpracownikami skupili się na badaniach mikroorganizmów Candidatus Desulforudis audaxviator, które po raz pierwszy zostały odkryte w 2008 roku przez zespół pod kierownictwem Tullisa Onstotta, współautora nowych badań. Znajdujące się w południowoafrykańskiej kopalni złota trzy kilometry pod ziemią drobnoustroje pozyskują potrzebną do życia energię z reakcji chemicznych wywołanych naturalnym procesem rozpadu pierwiastków promieniotwórczych. Zamieszkują wypełnione wodą wgłębienia w skałach w całkowicie niezależnym ekosystemie, wolnym od światła słonecznego i innych organizmów.
Ze względu na swoją wyjątkową biologię i odizolowane od świata zewnętrznego środowisko, w którym żyją te zagadkowe mikroby, autorzy nowych badań chcieli zrozumieć, w jaki sposób ewoluowały. Badacze sprawdzili podobne podziemne ekosystemy i odnaleźli CAD na Syberii i w Kalifornii, a także w kilku innych kopalniach w RPA. Ponieważ każde środowisko było inne pod względem chemicznym, odkrycia te dały naukowcom wyjątkową okazję do poszukiwania różnic, które pojawiły się między populacjami w ciągu milionów lat ewolucji.
- Chcieliśmy wykorzystać te informacje, aby zrozumieć, jak ewoluowały te drobnoustroje i jakie warunki środowiskowe prowadzą do jakich adaptacji genetycznych - powiedział Ramunas Stepanauskas, współautor badań. - Myśleliśmy o mikrobach tak, jakby byli mieszkańcami odizolowanych wysp, jak zięby, które Karol Darwin badał na Galapagos – dodał.
Korzystając z zaawansowanych narzędzi uczeni zbadali genomy 126 drobnoustrojów pozyskanych z trzech kontynentów. O dziwo, wszystkie okazały się prawie identyczne. - To było dość zaskakujące, więc zaczęliśmy się nad tym głęboko zastanawiać – przyznał Stepanauskas.
Naukowcy nie znaleźli dowodów na to, że mikroby te mogłyby podróżować na duże odległości czy nawet przeżyć na powierzchni w obecności tlenu. Gdy naukowcy upewnili się, że nie ma możliwości krzyżowego zanieczyszczenia próbek, zaczęło brakować wiarygodnych wyjaśnień.
- Najlepszym wyjaśnieniem, jakie mamy w tej chwili, jest to, że te mikroby nie zmieniły się zbytnio od czasu rozdzielenia ich fizycznych lokalizacji podczas rozpadu superkontynentu Pangea, około 175 milionów lat temu. Wydają się być żywymi skamielinami z tamtych czasów. To brzmi dość szalenie i jest sprzeczne ze współczesnym rozumieniem ewolucji drobnoustrojów - powiedział Stepanauskas.
Co to oznacza dla tempa ewolucji drobnoustrojów, które często zachodzi w znacznie szybciej? Już wcześniej stwierdzono, że wiele dobrze zbadanych bakterii, takich jak chociażby E. coli, ewoluuje w ciągu zaledwie kilku lat w odpowiedzi na zmiany środowiskowe, jak ekspozycja na antybiotyki. Stepanauskas i jego koledzy postawili hipotezę, że ten ewolucyjny zastój, który odkryli, wynika z mechanizmów ochrony mikroba przed mutacjami, co zasadniczo zablokowało ich kod genetyczny. Jeśli badacze mają rację, byłaby to rzadka cecha z potencjalnie cennymi korzyściami.
W biotechnologii szerokie zastosowanie ma polimeraza DNA – enzym katalizujący syntezę DNA podczas replikacji lub procesów naprawczych. Szczególnie cenne są enzymy zdolne do odtwarzania się z niewielkimi różnicami między kopią a oryginałem. - Istnieje duże zapotrzebowanie na polimerazy DNA, które nie popełniają wielu błędów. Takie enzymy mogą być przydatne do sekwencjonowania DNA, testów diagnostycznych i terapii genowej - powiedział Stepanauskas.
