Американские, британские и мексиканские исследователи провели метагеномный анализ 74 видов псилоцибиновых грибов и построили их детальное филогенетическое дерево. Согласно этим данным, грибы впервые начали синтезировать псилоцибин около 67 миллионов лет назад — в то же время, когда произошло мел-палеогеновое вымирание, в ходе которого исчезли все нептичьи динозавры. Отчет о работе опубликован в журнале Proceedings of the National Academy of Sciences.
Психоактивные грибы рода Psilocybe занимали важное место в культуре Мезоамерики в течение многих веков. В западной цивилизации их эффекты стали широко известны в основном после публикации Роберта Гордона Уоссона в 1957 году и последующих его работ. Из-за появившегося вскоре законодательного запрета исследования псилоцибиновых грибов фактически остановились почти на полвека. Сейчас интерес к ним снова возрос из-за новых данных о высокой эффективности псилоцибина при разнообразных психических расстройствах. При этом видовое разнообразие и эволюционная история этих грибов до сих пор оставались практически неизученными, и за исключением единичных наиболее распространенных видов их редко собирают в коллекции.
Чтобы заполнить этот пробел, исследователи из Великобритании, Мексики и США под руководством Брина Дентингера (Bryn Dentinger) из Университета Юты провели поиск по музейным фунгариям и собрали образцы 74 псилоцибиновых грибов, которые насчитывали от 3 до 74 лет с момента помещения в коллекцию. 71 из них были идентифицированы как представители рода Psilocybe, еще три относились к другим таксонам, но тоже содержали псилоцибин. 23 из них были типовыми экземплярами. Все их использовали для метагеномного секвенирования методом дробовика.
Филогенетический анализ показал, что лишь 52 образца из 71 (включая 20 типовых) в действительности принадлежат к роду Psilocybe. 14 (включая три типовых) были отнесены к роду Deconica, три — к монофилетической группе с неясным расположением в семействе Strophariaceae, один — к Kuehneromyces и еще один (Psilocybe_washingtonensis_WTU-F-055019) не удалось точно соотнести ни с одним из известных родов. На основании полученных метагеномов исследователи построили филогенетическое дерево и реконструировали эволюцию Psilocybe. Оценка показала, что этот род с характерным для него биосинтетическим генным кластером (включает гены четырех ключевых ферментов биосинтеза псилоцибина: триптофандекарбоксилазы PsiD, киназы PsiK, метилтрансферазы PsiM и монооксигеназы PsiH) появился 67,61 миллиона лет назад и разветвился на две крупные клады, как было предсказано ранее, 56,43 миллиона лет назад.
После этого в работу добавили все общедоступные данные секвенирования псилоцибиновых грибов, представляющие 40 видов, или около 24 процентов от примерно 165 видов Psilocybe, принятых в настоящее время. Комбинированные датасеты позволили определить 67 уникальных таксонов, из которых 17 были представлены только в этих открытых базах данных. Также авторам работы удалось выявить четыре образца, видовая принадлежность которых была определена некорректно, и классифицировать их правильно.
Детальный анализ биосинтетических генных кластеров показал, что в одной из крупных клад Psilocybe, представленной 17 образцами, гены ферментов образуют каноническую последовательность PsiD > PsiM > PsiH > PsiK, известную по Psilocybe cubensis and Psilocybe serbica. В другой, представленной 35 образцами, обнаружили последовательность PsiD > PsiK > PsiH > PsiM. Изучение гомологов этих генов в других таксонах указало на то, что они были получены в результате нескольких (предположительно четырех или пяти) событий горизонтального переноса уже после разделения этих клад — в период приблизительно от 40 (Panaeolus) до 9 (Gymnopilus) миллионов лет назад. Кроме того, исследователи показали, что одинаковые генные кластеры у разных видов и родов тесно связаны с их экологическими нишами (ростом на фекалиях животных, гниющей древесине, почве с древесными остатками или без них).
Учитывая то, что появление у грибов механизмов синтеза псилоцибина практически совпало по времени с мел-палеогеновым вымиранием, авторы работы выдвинули гипотезу, что это вещество могло служить защитой от поедающих грибы сухопутных брюхоногих, которые широко распространились в этот период. Для проверки этого предположения авторы намерены провести серию непосредственных экспериментов с современными слизнями.
О том, как в биологии формировалось понятие вида, и какую роль в этом сыграли математика, эволюционная теория и анализ ДНК, можно почитать в материале «В начале была классификация».