Губки — очень примитивные и древние существа, которые относятся к главным компонентам рифовых экосистем. Они давно живут в тесном симбиозе с микроорганизмами, и вот теперь ученые реконструировали эволюцию губок с помощью «геномной машины времени».
Внешне губки — это нечто бесформенное и неподвижное, но с точки зрения биологии и биохимии они очень своеобразны. К тому же губки играли огромную роль в прошлом биосферы и участвовали в становлении первых морских экосистем, а сейчас остаются важным компонентом коралловых рифов — наряду с кишечнополостными-полипами.
Губки живут на дне водоемов (главным образом, морей) в составе так называемого бентоса или прикрепившись к погруженным объектам — в этом случае их относят к обрастателям (перифитону). Ни рта, ни кишечника, ни органов чувств и тем более никакого поведения они не имеют — зато без устали прокачивают через себя воду и извлекают из нее органическую взвесь. Это и есть пища губок. Кроме того, они сильно зависят от микроскопических симбионтов (включая бактерии и другие одноклеточные формы жизни), которые населяют их тело. Именно этому древнему сожительству посвящена новая статья в журнале Nature Ecology & Evolution.
«Это исследование позволило понять, как более 700 миллионов лет назад одна из групп организмов приобрела свои микробиомы», — рассказывает Сабрина Пэнки (Sabrina Pankey) из Университета Нью-Гэмпшира (США). Она подчеркивает возрастающую долю губок в экосистемах коралловых рифов на фоне изменений климата, а также их роль в очищении воды и усвоении питательных веществ.
Объектом нового исследования стали без малого 100 видов губок, обитающих в Карибском море. Ученые создали модель каждого из уникальных микробиомов, населяющих отдельные губки. Оказывается, их следует распределить на две четко различающиеся группы. Микробы из первой участвуют главным образом в питании губки. В то же время микробиомы второй группы нужны для защиты губки (а значит, и ее симбионтов) от поедания животными. Как отмечают авторы, эти сообщества очень сложно устроены и предполагают, что микробиомы губок развивались независимо и возникали заново несколько раз.
Значение новой публикации не ограничивается лишь такими необычными существами, как губки. В ней предложен новый подход, основанный на секвенировании геномов, ДНК-баркодинге и особых алгоритмах машинного обучения. Поскольку новый методологический подход позволяет реконструировать эволюционное прошлое геномов, исследователи назвали его «геномной машиной времени».
«Если мы сможем воссоздать эволюционную историю настолько сложных микробных сообществ, заодно многое узнаем и об истории Земли, — уверен один из соавторов, Дэвид Плачецки (David Plachetzki). — Научные исследования вроде нашего помогают подробнее разобраться с тем, каким был химический состав океанов на Земле задолго до появления коралловых рифов». Плачецки и его коллегам удалось выяснить, что появление океанических рифов совпало по времени с резкими изменениями биогеохимических условий на Земле.
Профессор Плачецки также предполагает, что их методика пригодится для выяснения причин величайшего вымирания в истории Земли, которое произошло в конце пермского периода и погубило 95% жителей морей.