Исследователи из Калифорнийского университета в Беркли, которые за последние 15 лет обнаружили более 1000 новых типов бактерий и архей, скрывающихся в укромных уголках и трещинах Земли, резко изменили положение дерева, чтобы учесть эти микроскопические новые формы жизни.«Древо жизни — один из важнейших организационных принципов в биологии», — сказала Джилл Бэнфилд, профессор Земли и планетологии Калифорнийского университета в Беркли, а также науки об окружающей среде, политики и управления. «Новое изображение будет полезно не только биологам, изучающим микробную экологию, но и биохимикам, ищущим новые гены, и исследователям, изучающим эволюцию и историю Земли».Большая часть этого микробного разнообразия оставалась скрытой до тех пор, пока геномная революция не позволила таким исследователям, как Бэнфилд, искать свои геномы непосредственно в окружающей среде, а не пытаться культивировать их в лабораторной посуде.
Многие микробы нельзя изолировать и культивировать, потому что они не могут жить сами по себе: они должны просить, брать взаймы или красть что-то у других животных или микробов, будь то паразиты, симбиотические организмы или падальщики.Новое дерево, которое будет опубликовано в Интернете 11 апреля в новом журнале Nature Microbiology, еще раз подтверждает, что жизнь, которую мы видим вокруг нас — растения, животные, люди и другие так называемые эукариоты — составляют крошечный процент мирового биоразнообразия. .«Бактерии и археи основных родословных, полностью лишенные отдельных представителей, составляют большую часть всего разнообразия жизни», — сказал Бэнфилд, который также работает в Национальной лаборатории Лоуренса Беркли. «Это первое трехдоменное геномное дерево, которое включает в себя эти невозделываемые организмы, и оно раскрывает широкий спектр пока еще малоизвестных линий».По словам первого автора Лоры Хуг, бывшего научного сотрудника Калифорнийского университета в Беркли, которая сейчас работает на биологическом факультете Университета Ватерлоо в Онтарио, Канада, более 1000 новых организмов, появившихся на измененном дереве, происходят из различных сред, в том числе горячий источник в национальном парке Йеллоустоун, соляная равнина в чилийской пустыне Атакама, наземные и заболоченные отложения, сверкающий гейзер, луговая почва и внутренняя часть пасти дельфина.
Все эти недавно обнаруженные организмы известны только по их геномам.«Что действительно стало очевидным на дереве, так это то, что большая часть разнообразия происходит от линий, для которых у нас есть только последовательности генома», — сказала она. «У нас нет лабораторного доступа к ним, у нас есть только их чертежи и их метаболический потенциал на основе их геномных последовательностей. Это говорит о том, как мы думаем о разнообразии жизни на Земле, и о том, что, по нашему мнению, мы знаем. микробиология ".
Одним из поразительных аспектов нового древа жизни является то, что группа бактерий, описываемая как «кандидат в тип излучения», образует очень важную ветвь. Лишь недавно обнаруженный и, по-видимому, состоящий только из бактерий с симбиотическим образом жизни, радиация типа кандидата теперь, по-видимому, содержит около половины всего эволюционного разнообразия бактерий.
Хотя отношения между археями и эукариотами остаются неопределенными, ясно, что «это новое изображение дерева предлагает новый взгляд на историю жизни», — сказал Бэнфилд.«Это невероятное разнообразие означает, что существует ошеломляющее количество организмов, которые мы только начинаем изучать, внутреннее устройство которых может изменить наше понимание биологии», — сказал соавтор Бретт Бейкер, ранее работавший в лаборатории Бэнфилда в Калифорнийском университете в Беркли, но сейчас в Техасском университете, Остин, Институт морских наук.Дерево изображает жизнь, которую мы видим сегодня
Чарльз Дарвин впервые нарисовал дерево жизни в 1837 году, когда искал способы показать, как растения, животные и бактерии связаны друг с другом. Идея укоренилась в 19 веке, когда кончики веток олицетворяли жизнь на Земле сегодня, а ветви, соединяющие их со стволом, предполагали эволюционные отношения между этими существами. Ветвь, которая разделяется на две ветки возле верхушек дерева, означает, что у этих организмов недавний общий предок, а разветвленная ветвь рядом со стволом подразумевает эволюционный раскол в далеком прошлом.Археи были впервые добавлены в 1977 году после того, как работа показала, что они явно отличаются от бактерий, хотя они одноклеточные, как бактерии.
Дерево, опубликованное в 1990 году микробиологом Карлом Вёзе, было «преобразующей визуализацией дерева», — сказал Бэнфилд. С его тремя доменами он остается самым узнаваемым на сегодняшний день.
С увеличением простоты секвенирования ДНК в 2000-х годах Бэнфилд и другие начали секвенировать сразу целые сообщества организмов и выбирать отдельные группы только на основе их генов. Это метагеномное секвенирование выявило целые новые группы бактерий и архей, многие из которых обитают в экстремальных условиях, таких как токсичные лужи в заброшенных шахтах, грязь под хранилищами токсичных отходов и кишечник человека.
Некоторые из них были обнаружены и раньше, но о них ничего не было известно, потому что они не выжили бы в лабораторных условиях.Для новой статьи Банфилд и Хаг объединились с более чем дюжиной других исследователей, которые секвенировали новые виды микробов, собрав 1011 ранее неопубликованных геномов, чтобы добавить к уже известным последовательностям генома организмов, представляющих основные семейства жизни на Земле.Она и ее команда построили дерево на основе 16 отдельных генов, которые кодируют белки в клеточной машине, называемой рибосомой, которая переводит РНК в белки. Они включали в общей сложности 3083 организма, по одному от каждого рода, для которых были доступны полностью или почти полностью секвенированные геномы.
Анализ, представляющий полное разнообразие среди всех секвенированных геномов, дал дерево с ветвями, в которых преобладали бактерии, особенно некультивируемые бактерии. Второй взгляд на дерево сгруппировал организмы по их эволюционному расстоянию друг от друга, а не по текущим таксономическим определениям, ясно давая понять, что около одной трети всего биоразнообразия происходит от бактерий, одна треть — от некультивируемых бактерий и чуть менее одной трети — от бактерий. Археи и эукариоты.
«Два основных момента, которые я вижу в этом дереве, — это выдающееся положение основных линий, у которых нет культивируемых представителей, и большое разнообразие в бактериальной области, и, что наиболее важно, известность кандидатного типа излучения», — сказал Бэнфилд. «Кандидат филы имеет такое же разнообразие внутри себя, как и остальные бактерии вместе взятые».