Многонациональная группа коллег под управлением исследователей из Института науки и технологии Окинавы, Бристольского университета, Квинслендского технологического университета и Квинслендского университета, сконцентрировалась на том, как микроорганизмы отреагировали на Кислородную катастрофу, произошедшую около 2,33 миллиарда лет назад, после которой атмосфера Земли, почти лишённая кислорода, превратилась в то, что позволяет людям дышать.
Профессор Фил Хюгенхольц из Школы химии и молекулярной биологии КУ говорит, что в силу неполноты окаменелых свидетельств, до сих пор было трудно установить точную временную шкалу эволюции бактерий до, во время, и после Кислородной катастрофы.
«В большинстве своём от жизни микроорганизмов не остаётся прямых окаменелых свидетельств, что означает, что отсутствуют окаменелые доказательства большей части истории жизни на Земле, — говорит Хюгенхольц. — Но мы знаем, что древние камни хранят химические подсказки о том, как жили и питались бактерии, и мы смогли заполнить эти пробелы, одновременно проанализировав геологические и геномные данные. Главной инновацией было использование Кислородной катастрофы в качестве границы времён, предполагая, что маловероятно, что аэробные ветви бактерий будут старше этого события, если только окаменелости или генетические сигналы не будут предполагать обратное».
Сначала учёные оценили, какие из генов присутствуют в предковых геномах. Затем они использовали машинное обучение, чтобы спрогнозировать, использовал ли каждый из предков кислород для жизни или нет.
Чтобы эффективнее использовать данные окаменелостей, исследователи включили гены из митохондрий (родственных альфа-протеобактериям) и хлоропластов (родственных цианобактериям), что позволило им использовать данные от ранних сложных клеток, чтобы точнее установить, когда происходили события.
«Результаты показывают, что как минимум 3 ветви аэробов появились до Кислородной катастрофы, почти на 900 миллионов лет раньше, что предполагает, что способность использовать кислород появилась намного раньше, чем произошло его повсеместное накопление в атмосфере, — говорит проф. Хюгенхольц. — Полученные данные предполагают, что самый ранний аэробный переход произошёл 3,2 миллиарда лет назад у предка цианобактерий, что указывает на вероятность того, что аэробный метаболизм имел место до появления кислородного фотосинтеза».
Ведущий автор статьи д-р Адриан Ареллано Дейвин говорит, что комбинированный подход с использованием геномных данных, окаменелостей и геохимической истории Земли — это союз передовых технологий с целью прояснения эволюционной шкалы времени.
«Использовав машинное обучение для прогнозирования функционирования клеток, мы можем не только предсказать аэробный метаболизм у бактерий-предков, но также начать использовать неполные геномы, чтобы предсказать другие факторы, которые могут повлиять на мир сейчас, например, могут ли определённые бактерии быть устойчивыми к антибиотикам», — говорит д-р Дейвин.
Перевод — Андрей Прокипчук, «XX2 ВЕК». Источники.
Материалы предоставлены Квинслендским университетом (University of Queensland).
Вам также может быть интересно:
