Мир дикой природы на wwlife.ru
Вы находитесь здесь:Новости>>Новости Эволюции


Новости Эволюции (135)

Австрийские биологи, изучающие современную группу примитивных моллюсков Aplacophora, неожиданно смогли уточнить родословное древо этого типа животных. Благодаря их открытию портрет общего предка всех моллюсков стал немного более четким.

Wirenia argentea  Wirenia argentea  Моллюски считаются одним из самых успешных типов живых существ. Число их описанных видов составляет примерно 200 тысяч, а чрезвычайное разнообразие строения тела привлекает к ним непреходящий интерес исследователей. Разумеется, поиски общего предка всех моллюсков не оставляют равнодушными многих специалистов по этой группе.

Класс Aplacophora со времен своего открытия считается одним из основных претендентов если не на роль самого предка, то в наиболее близкие к нему родственники. Это небольшие вытянутые в длину и лишенные раковины (отсюда и название, переводящееся как "безраковинные") животные, больше похожие на червей, чем собственно на моллюсков. Раковину им заменяет слой плотной кутикулы, который может достигать значительной толщины. Обитают эти моллюски на морском дне и встречаются даже на значительной глубине в несколько километров. Жизнь аплакофор представляет собой в основном неторопливый поиск органики в донном детрите.

3D-реконструкция личиночной мускулатуры Wirenia argentea с цветовой кодировкой основных узлов мышц  3D-реконструкция личиночной мускулатуры Wirenia argentea с цветовой кодировкой основных узлов мышц Согласно современным научным представлениям, примерно такими были и общие предки всех современных моллюсков, поэтому аплакофор традиционно воспринимали как группу, наиболее близкую к ним. Однако детальное изучение Aplacophora заставило ученых отказаться от этого предположения.

Группа исследователей под руководством зав. кафедрой интегративной зоологии Венского университета Андреаса Ваннингера поставила своей целью разобраться с индивидуальным развитием безраковинных. Для этого они препарировали аплакофор Wirenia argentea, обитающих на глубине 200 м у берегов Норвегии.

Как и многие другие моллюски, аплакофоры проходят сначала стадию личинки, а затем – взрослого животного. И если строение мускулатуры взрослых довольно примитивно, чего и следовало ожидать от кандидата в предки, то с личинками все оказалось не так просто. Несмотря на скромный размер в 0,1-0,3 мм, личинки Aplacophora обладают очень сложной архитектурой мышц, отчетливо напоминающей совсем другой класс моллюсков – Polyplacophora или хитонов. Во время метаморфоза, сопровождающего превращение личинки во взрослую особь, мышечные структуры аплакофор упрощаются и теряют сходство с другими классами.

Объяснить эту ситуацию может только то, что Aplacophora представляют собой вторично упрощенных родственников хитонов, в далеком прошлом по каким-то своим соображениям отказавшимся от движения по пути морфофункционального прогресса. Косвенным подтверждением этого предположения служит недавняя находка силурийского моллюска Kulindroplax perissokomos, сочетающего в себе признаки как аплакофор, так и хитонов. На безраковинных кулиндроплакс походил удлиненной, вытянутой формой цилиндрического тела и покрывающими его спикулами, а на полиплакофор – раковиной из семи щитков, расположенных на спинной поверхности тела.

Очевидно, живший 425 млн лет назад Kulindroplax perissokomos слишком молод, чтобы претендовать на лавры общего предка моллюсков, ведь история типа уходит корнями как минимум во времена кембрийского взрыва. Однако он показывает, что эволюция моллюсков использовала самый широкий спектр комбинаций морфологических характеристик, пишет Science Daily. А что касается Aplacophora, то они и вовсе далеки от искомого предка и ведут свою родословную от червеобразных силурийских форм с покрытой защитными пластинами спиной.

Статья "Aplacophoran Mollusks Evolved from Ancestors with Polyplacophoran-like Features" доступна на сайте Cell.com

 


Истчоник: PaleoNews


Когда говорят об эволюции на уровне белковых молекул, обычно имеют в виду изменения в аминокислотной последовательности, которые влекут за собой перестройки в трёхмерной структуре белка. А перемены в последней ведут к изменениям в функционировании белковой молекулы, которая таким образом приспосабливается к новым условиям работы, к новым требованиям клетки и всего организма, выживающего в столь непостоянной окружающей среде. 

Однако бывает так, что эволюционные изменения в работе белковой молекулы проходят независимо от изменений в её трёхмерном портрете. Как раз такой случай описывают в Nature Structural and Molecular Biology Питер Райт и его коллеги из Института Скриппса (США). Исследователи занимались дигидрофолат-редуктазой, которая участвует в метаболизме нуклеотидов и имеется почти у всех живых организмов.

Модель молекулы ацетинхолинэстеразы; красными многоугольниками обозначены аминокислотные остатки связывающего центра фермента с ацетилхолином посередине. (Фото Manuel C.; Dr. Peitsch.)Модель молекулы ацетинхолинэстеразы; красными многоугольниками обозначены аминокислотные остатки связывающего центра фермента с ацетилхолином посередине. (Фото Manuel C.; Dr. Peitsch.)Как и любой фермент, дигидрофолат-редуктаза во время работы претерпевает некие структурные изменения, и несколько лет назад учёные уже сообщали о том, как эффективность этого фермента зависит от его динамики и гибкости.

На сей раз исследователи сравнивали динамику фермента и его строение у разных организмов, особое внимание уделяя белку бактерий и белку человека. Оказалось, что, несмотря на огромную эволюционную дистанцию между нами и кишечной палочкой, дигидрофолат-редуктазы у нас и бактерий довольно схожи и по аминокислотной последовательности, и по 3D-структуре. При этом белки кишечной палочки и человека демонстрируют разную конформационную динамику, или, проще говоря, манеру движения. 

Фермент захватывает какие-то вещества, что-то с ними делает в активном центре и выпускает обратно в среду некий продукт. Это сопровождается движениями частей молекулы. У бактерий участки полипептидной цепи дигидрофолат-редуктазы совершают для этого относительно широкие движения; у человеческого фермента эти перемещения более, если можно так выразиться, сдержанные, и при этом они точнее. И, главное, рабочие конформационные изменения у нашего фермента осуществляются за счёт иного механизма. 

Разница в пластичности, в рабочей динамике фермента произошла за счёт возможностей, заключённых приблизительно в одном и том же пространственном «портрете» и, что особенно важно, из-за разных условий работы, с которыми фермент сталкивается в бактериальной и человеческой клетке. Наш фермент настроен на работу именно в клетке человека и в бактериальных условиях не действует: слишком высокие концентрации конечного продукта, присутствующие в кишечной палочке, просто подавляют его активность. 

То, что белок не может переключиться с одной манеры движения на другую, говорит о том, что разная динамика молекул всё же как-то запечатлена в мутациях, в аминокислотной последовательности, и теперь исследователи попытаются эти мутации расшифровать.

Пока же полученные данные говорят о том, что эволюция белковых молекул не обязательно выбирает мишенью трёхмерную структуру и влияет на работу белка только через изменения в 3D-портрете. Видимо, динамическая пластичность сама по себе может подвергаться давлению естественного отбора, когда изменения в аминокислотной последовательности почти не отражаются на пространственной структуре, но сказываются на движениях белковой молекулы.


Источник: КОМПЬЮЛЕНТА


Суббота, 21 Сентябрь 2013 11:11

Как птицы получили крылья

Автор

Предками современных птиц являлась группа мелких плотоядных животных битавших около 150 млн. лет назад – манирапторы (Maniraptora).  Последние данные показывают, что многие из манирапторов имели большие сходства с птицами – у них уже имелись перья, полые кости, небольшие размеры тела и высокая скорость метаболизма.

Предполагаемый предок птиц - АрхеоптериксПредполагаемый предок птиц - АрхеоптериксНо до сих пор оставался вопрос, в какой момент передние конечности манирапторов превратились в крылья, позволившие им летать?

Изучая ископаемые данные того времени когда появились птицы, профессор Ханс Ларссон и бывший аспирант Александр Декекчи из университета Макгилла попытались дать на этот вопрос ответ.

В исследовании, опубликованном в сентябрьском номере журнала Эволюция, они обнаружили, что на протяжении большей части истории плотоядных динозавров, длины конечностей показали относительно стабильное масштабирование отношения к размеру тела. Это не смотря на 5000-кратную разницу в весе между тираннозавром  и самым маленьким пернатым тероподом из Китая.  Исключением из этого являлись предки птиц, у которых эти пропорции начали изменяться.  Это изменение, возможно, было критическим, позволив первым птицам научиться летать под пологом тогдашних лесов.

Удлинение передних конечностей происходило достаточно долго, формируя одновременно и аэродинамический профиль крыла, что поспособствовало эволюции полета. В сочетании с сокращением задних конечностей, это помогло у первых птиц  усовершенствовать контроль полета и его эффективность. Короткие ноги, поспособствовали снижению сопротивления во время полета – по этой причине многие из современных птиц прячут их во время полета, кроме этого укороченные ноги позволяют им садиться и передвигаться по мелким ветвям на деревьях. Такое сочетание улучшенного крыла с более компактными ногами было критически важным моментом для выживания первых птиц во время господства в воздухе птерозавров.

“Наши исследования показывают, что в развитии механизма полета птиц произошли сильные изменения, повлиявшие на отношение длин передних и задних конечностей”, рассказывает Ларссон. Подобные отклонения, от правил произошедшие с  изменением размеров конечностей, мы можем наблюдать и при эволюции человека (относительно короткие руки и длинные ноги), а так же многих других видов млекопитающих. Они указывают, что в данной популяции произошли какие-то важные изменения в функциях и поведении. “Такое изменение могло иметь фундаментальное значение для птиц, а так же самых разнообразных классов наземных позвоночных обитающих на нашей планете”.

“Происхождение птиц и освоение ими активного полета, является классическим примером эволюционного перехода”, говорит Декикчи.  “Вполне возможно, что данные изменения, позволили птицам стать больше, чем просто один из родов манирапторов и привели к появлению широкого спектра различных форм и размеров конечностей у современных птиц”.

“Данная работа, в сочетании с нашими предыдущими исследованиями показывающими, что предки птиц не являлись постоянными жителями деревьев, объясняет многое из эволюции современных пернатых” говорит д-р Декекчи. “Зная, откуда появились птицы и как они заняли современные экологические ниши, мы начинаем лучше понимать то, как сформировался современный мир”.

 


 

Источник: ScienceDaily


 

Суббота, 14 Сентябрь 2013 23:11

«Дилемма Дарвина» решена

Автор

Исследователи из Аделаиды попробовали оценить темпы эволюции во времена “кембрийского взрыва”, во времена которого между 540 – 520 миллионов лет назад появилось большинство современных групп животных.

На рисунке показан кусок дна кембрийского периода. Гигантский Anomalocaris исследует трилобитов, справа выглядывает Opabinia, а "ходячий кактус" Diania ползет снизу. Все эти существа, связанные с членистоногими (существа с экзоскелетами и сочлененными придатками, такие как насекомые, паукообразные и ракообразные). На рисунке показан кусок дна кембрийского периода. Гигантский Anomalocaris исследует трилобитов, справа выглядывает Opabinia, а "ходячий кактус" Diania ползет снизу. Все эти существа, связанные с членистоногими (существа с экзоскелетами и сочлененными придатками, такие как насекомые, паукообразные и ракообразные).  Свои выводы они опубликовали в эту пятницу в журнале Current Biology как “Решение проблемы Дарвина” которое до их исследования не могло объяснить внезапное появление современных групп животных в палеонтологической летописи начала кембрийского  периода.

"Резкое появление десятков групп животных в течение этого времени, возможно является самым важным эволюционным событием после возникновения жизни", говорит ведущий автор доцент Майкл Ли из Университета Школы Аделаиды Земли и Экологических Наук Музея Южной Австралии.

Современный членистоногий (многоножка Cormocephalus) ползет над его 515 миллионов-летним родственником, жившем во времена Кембрийского взрыва (trilobite Estaingia).Современный представитель членистоногих (многоножка Cormocephalus) ползет над её 515 миллионов-летним родственником, жившем во времена Кембрийского взрыва (trilobite Estaingia).“Эти, казалось бы невероятно быстрые темпы эволюции произошедшие во времена кембрийского взрыва” давно используют противники современной теории эволюции. Даже сам Дарвин считал, что это шло вразрез с нормальным эволюционным процессом.

"Однако из-за плохого состояния древних окаменелостей, никто не был в состоянии точно измерить темпы эволюции в этот критический интервал, часто называемым Большим взрывом.

“В этом исследовании мы показали, что скорость морфологической и генетической эволюции во времена кембрийского взрыва была в пять раз быстрее, чем сегодня, что довольно быстро, но вполне согласуемо с теорией эволюции Дарвина."

Выбрав для изучения различных представителей членистоногих животных (насекомых, ракообразных, паукообразных и их родственников), изучив их анатомические и генетические различия между современными членистоногими и их предками, исследователи смогли составить математическую модель скорости их эволюции. Моделирование показало, что умеренно ускоренной эволюции было достаточно, чтобы объяснить, казалось бы, неожиданное появление многих групп развитых животных в палеонтологической летописи, во время кембрийского взрыва.

 “В этот период кембрия появились большинство из современных признаков, связанных с этой группой животных – жесткий панцирь, членистые ноги и фасеточные глаза, являющиеся общими признаками всех членистоногих. Мы даже находим среди окаменелостей первое проявление усов, которые сейчас можем наблюдать у современных представителей насекомых, многоножек и омаров, а так же самые ранние кусающие челюсти” рассказывает соавтор исследования д-р Грег Эджкум музея Естественной Истории.

 


 

Исирчник: Phys.org


 

У разных животных в ходе эволюции, бывает, возникают сходные черты — в этом случае говорят о конвергентной эволюции, которая происходит из-за сходных экологических условий. Один из самых известных примеров: пингвин и кит, птица и млекопитающее, которые похожи друг на друга формой тела, — а всё из-за того, что и пингвину, и киту нужно плавать в море. 

Летучие мыши (наряду с дельфинами ) — самые известные животные, использующие эхолокацию.Летучие мыши (наряду с дельфинами ) — самые известные животные, использующие эхолокацию.Обычно в таких случаях говорят о внешнем сходстве, подразумевая, что генетическое решение у сходных признаков может быть разным — примерно как в арифметике можно сложить две двойки или прибавить единицу к тройке, но всё равно получить четыре. Однако, по-видимому, молекулярно-генетические конвергентные изменения до сих пор просто недооценивались, и вот один из примеров — эхолокация.

Она есть у ряда животных (самые известные примеры — летучие мыши и дельфины), и учёные довольно долго спорят о том, как эхолокация появлялась у разных групп. Стивен Росситер и его коллеги из Колледжа Королевы Марии Лондонского университета (Великобритания) проанализировали на предмет конвергентной эхолокационной эволюции свыше двух тысяч генов-ортологов у двадцати двух видов животных, среди которых были и летучие мыши, и дельфины. 

И конвергентные признаки удалось обнаружить в почти 200 зонах генома. Сами исследователи ожидали увидеть сходство примерно в дюжине генах или около того: в конце концов, никакого запрета на схожие генетические изменения в эволюции нет. Но то, что их оказалось так много, всех сильно удивило. Преимущественно это касалось генов, участвующих в формировании слухового аппарата, однако были и такие, которые имели отношение, например, к зрению. 

Развитие эхолокации привело к появлению у таких разных групп, как летучие мыши и дельфины, сходных генетических черт. (Фото David Fleetham.)Развитие эхолокации привело к появлению у таких разных групп, как летучие мыши и дельфины, сходных генетических черт. (Фото David Fleetham.)Исследования, в которых учёные пытались выяснить сходство между генами, контролирующими конвергентные признаки, до сих пор не рассматривали целые геномы целиком: этим, вероятно и объясняется, почему таких генов всё время оказывалось не много. Сейчас это стало возможным, так как накопились полностью прочитанные геномы самых разных млекопитающих и появились компьютерные программы, позволяющие обрабатывать много бόльшие, чем раньше, массивы генетических последовательностей.

 Дело тут даже не столько в эхолокации, сколько в том, что учёные вдруг поняли, как конвергентная эволюция может влиять на генетический портрет. Схожим изменениям подвергаются не только самые очевидные гены, непосредственно участвующие в формировании признака, но и те, которые объединены с ними в регуляторную генетическую сеть и «полномочия» которых могут быть намного шире.

Вместе с тем однозначно утверждать о конвергентной эволюции генов, по мнению некоторых специалистов, можно будет лишь после того, как генетические последовательности сравнят с теми, что им предшествовали. Иными словами, после восстановления картины этой самой эволюции. Пусть у дельфинов и летучих мышей в ряде случаев гены, имеющие отношение к эхолокации, схожи — но тут нужно убедиться, что и процесс, который привёл к этим изменениям, шёл у этих групп сходным образом. Как говорит один из комментаторов работы, Антонис Рокас из Университета Вандербильта (США), аминокислотные последовательности «эхолокационных» белков должны сильно отличаться от тех, что были у животных-«эхолокаторов» ранее, — и лишь в этом случае можно будет говорить о настоящей эволюции, которая вела разные группы животных к одной цели.

Результаты исследования опубликованы в журнале Nature.


 Источник: КОМПЬЮЛЕНТА


Восстановив в общих чертах эволюцию живых организмов на протяжении последнего полумиллиарда лет, палеонтологи все еще чрезвычайно мало знают об эволюции белка. Испанским исследователям удалось реконструировать это химическое соединение, существовавшее ни много ни мало четыре миллиарда лет назад.

Модель белкаМодель белка "До сих пор все попытки изучить эволюцию белковых структур были основаны на сравнении современных белков, – рассказал ведущий автор исследования Хосе Санчем-Руис из университета Гранады. – Это примерно то же самое, что пытаться изучать эволюцию птиц, сравнивая между собой несколько современных представителей этого класса". По словам ученого, наиболее перспективным для эволюционных исследований считается изучение окаменелостей, и поэтому его собственный подход к проблеме можно назвать "раскопками ископаемых белковых структур".

 Санчес-Руис вместе с коллегами построил филогенетическое древо белковых последовательностей, воспользовавшись для этого анализом аминокислотных последовательностей тиоредоксина – белка, участвующего в восстановлении рибонуклеотидов в дезоксирибонуклеотиды и обнаруженного у всех представителей живых существ, включая архебактерий и эукариот. С помощью этого древа испанским ученым затем удалось воскресить докембрийские белки в лабораторных условиях и охарактеризовать их свойства.

 Как оказалось, современная структура тиредоксина удивительно похожа на ту, что существовала на заре возникновения жизни, а вот аминокислотные последовательности у них сильно разнятся. Эти данные подтверждают эволюционную модель прерывистого равновесия, согласно которой белковые структуры остаются неизменными в течение долгого времени, а все новые изменения, их затрагивающие, происходят за очень короткие временные промежутки, пишет EurekAlert!

 "В дополнение к раскрытию основных принципов эволюции белковых структур наша методика обеспечивает еще и бесценную информацию о том, как трехмерная структура белка закодирована его аминокислотной последовательностью, – отметил Санчес-Руис. – Она также может предоставлять данные о такой важной цели белковой инженерии и биотехнологии, как проектирование белков с новой структурой".

 


Источник: PaleoNews


Секрет эволюционного успеха современных птиц кроется не только в крыльях. Как установили палеонтологи, заселить самые разные экологические ниши на всех континентах пернатым помогла удивительная эволюционная пластичность задних конечностей.

Ноги помогли птицам завоевать мирНоги помогли птицам завоевать мир На сегодняшний день птицы являются наиболее разнообразной группой тетрапод и могут служить отличной моделью для изучения крупномасштабных адаптаций. Множество эволюционных изменений эта группа претерпела уже после освоения полета, однако прежде их изучение было затруднено малым количеством ископаемых остатков и их плохой сохранностью. Новые находки и современные методы научных исследований показали, что настоящий всплеск видообразования птицы пережили вскоре после появления в конце мелового периода короткохвостых форм. Именно среди них за очень ограниченный срок разнообразие задних конечностей намного превзошло все, чего смогли достичь их предки-тероподы за свою более чем 150-миллионолетнюю историю.

"Эти ранние птицы были не так сложны, как те, что мы знаем сегодня. Если современные птицы можно сравнить с бомбардировщиками-невидимками, то их меловые предки были больше похожи на бипланы, – рассказал ведущий автор исследования, палеонтолог Оксфордского университета Роджер Бенсон. – Однако нас удивило, что, несмотря на все еще сохраняющиеся примитивные черты вроде наличия зубов, эти ранние птицы демонстрируют невероятно разнообразные по своему строению ноги".

Бенсон с коллегами изучали ранних птиц, живших в меловом периоде одновременно с динозаврами – Confuciusornis, Eoenantiornis и Hongshanornis. К тому времени птицы уже освоили полет, и ученые заинтересовались дальнейшими направлениями их эволюции. Как оказалось, они касались главным образом ног, пишет EurekAlert! Способность превратить задние конечности в ходули, хватательные устройства, ласты и так далее, помогла птицам стать одной из самых успешных на сегодняшний день групп животных и значила для завоевания ими мира едва ли не больше, чем сама способность к активному полету.

"Наша работа показывает, что начинали они, возможно, как еще один тип динозавров, но затем совершили подлинный эволюционный прорыв, обеспечивший их преимуществами, отсутствовавшими у родственников-динозавров, – пояснил Бенсон. – Ключ к этой "птичности" в том, чтобы потерять длинный костистый хвост и дать возможность развиваться ногам, превращая их в универсальный инструмент адаптации, открывающий все новые и новые экологические ниши".

Статья "Rates of dinosaur limb evolution provide evidence for exceptional radiation in Mesozoic birds" доступна на портале Proceedings of the Royal Society B

 


 

Источник: PaleoNews


 

Причины, по которым кембрийский период истории Земли сопровождался небывалым ростом разнообразия животных, наконец названы. По мнению американских ученых, «кембрийский взрыв» состоялся благодаря сочетанию двух ведущих факторов – появлению хищников и увеличению содержания кислорода в атмосфере.

Животный мир кембрийского периодаЖивотный мир кембрийского периода До последнего времени у палеонтологов было две независимых гипотезы о том, что же являлось движущей силой кембрийского видообразования. По одной из них, повышение уровня кислорода в воде дало животным энергетическую возможность развивать все более сложные планы строения. По другой – движущей силой роста разнообразия стала конкуренция между живыми существами, вызвавшая к жизни в том числе и монстров Берджесской фауны.

 "Между сторонниками этих двух гипотез всегда существовало некоторое напряжение, – рассказывает ведущий автор нового исследования Эрик Сперлинг, постдок Гарвардского университета. – Каждая сторона видела только свои собственные данные, что довольно распространено в науке".

 Новая статья Сперлинга объединяет обе существующие гипотезы. По мнению ученого, два вышеупомянутых фактора работали в кембрийском периоде одновременно, и синтез их влияния как раз и стал причиной взрывного роста разнообразия живых существ.

 "В кембрии существовали практически все важнейшие планы строения – от членистоногих до моллюсков и хордовых, к которым, кстати, принадлежит и человек, - сообщил Сперлинг. – "Кембрийский взрыв" стал самым значительным событием во всей эволюционной истории животных".

 Чтобы внести ясность в происходившее на нашей планете 540 млн лет назад, гарвардский ученый с группой соавторов занялся изучением современных областей моря, содержание кислорода в которых соответствует докембрийским показателям, составляя от 2% до 10% обычного уровня нашего времени. Хотя такие места довольно редки, они существуют и доступны для наблюдений.

 Как показала работа Сперлинга и его команды, в бескислородных зонах практически отсутствуют хищники, и их численность хорошо согласуется с содержанием кислорода в воде. "Это говорит о том, что в докембрийском океане с его малым количеством кислорода хищники встречались крайне редко", – уверен исследователь.

 Жизненные формы бескислородных зон, как правило, представляют собой микробов или очень мелких животных, дополняет его рассказ биологический океанограф Института океанографии Скриппса, профессор Лайза Левин. "Животные, которые там живут, питаются обломочным материалом, падающим сверху, или местными бактериями. Биологическое разнообразие в этих местах очень низкое", – отметила она.

 Однако по мере перемещения в области с более высоким содержанием кислорода начинает встречаться все больше разных хищников. Аналогично рост кислорода в кембрийском периоде подпитывал метаболические расходы на преследование добычи, пишут исследователи в своей статье. Напомним, что несомненные следы существования животных примерно на 200 млн лет старше кембрийского периода, но никаких молекулярных свидетельств хищничества не встречается вплоть до самого кембрия.

 Появившись на свет, хищники не ограничились одним лишь переходом на питание другими животными, например, планктоном. Они начали развивать челюсти для захвата и пережевывания добычи. Так была запущена "гонка вооружений" отношений хищник-жертва, ставшая движущей силой возникновения современного разнообразия живых существ. Защищая свои жизни, потенциальные жертвы изобрели раковины, а после оснастили их острыми шипами и длинными выростами.

 Настоящее помогает нам понять прошлое, открывая новые способы познания причин и деталей "кембрийского взрыва", пишет Live Science. А изучение роли кислорода в далеком прошлом дает также и возможность управлять изменениями океанской фауны в будущем.

 Статья "Oxygen, ecology, and the Cambrian radiation of animals" доступна на сайте PNAS.ORG

 


Истчонки: PaleoNews


Новые виды могут появиться благодаря географическим и экологическим барьерам, которые разделяют прежде единую популяцию. Особи из одной части популяции не могут пересечь, к примеру, реку, чтобы смешать свои гены с особями из другой части, и в результате из-за накапливающихся генетических различий они становятся разными видами.

Оса Nasonia vitripennis, откладывающая яйца в личинку хозяина (фото Elizabeth Cash).Оса Nasonia vitripennis, откладывающая яйца в личинку хозяина (фото Elizabeth Cash).Однако для этого, как показали исследователи из Университета Вандербильта (США), вовсе не обязательно, чтобы на территории популяций вырастали горы, а реки меняли своё русло: достаточно лишь кишечной микрофлоры.

Учёные давно заметили, что разные виды животных дают приют разным видам бактерий, и несовпадение в видовом составе микробов отражает эволюционную дистанцию между их хозяевами. Однако до сих пор не было понятно, возникают ли такие различия в микрофлоре только лишь благодаря смене питания, то есть на смену одним микробам приходят другие, либо бактерии эволюционируют вместе с теми, в ком живут.

Чтобы прояснить этот вопрос, Роберт Брукер и Сет Бордерштейн предприняли ряд опытов с двумя близкими видами паразитических ос, Nasonia giraulti и Nasonia vitripennis. Их эволюционные пути разошлись где-то миллион лет назад, но до сих пор и N. giraulti, и N. vitripennis паразитируют на одних и тех же насекомых, то есть никаких экологических барьеров между видами нет. При этом, однако, если произойдёт межвидовое скрещивание, то 90% новорождённых самцов в потомстве погибнут.

Исследователи обнаружили, что в кишечнике ос живут бактерии рода Providencia и ещё один вид, называемый Proteus mirabilis. Обычно Providencia преобладают, но при межвидовом скрещивании в пищеварительном тракте у потомства начинают доминировать P. mirabilis. Учёные предположили, что именно неправильный состав микрофлоры служит причиной массовой гибели гибридного потомства. Они попробовали накормить ос-гибридов антибиотиками — и в результате половина потомства выжила. Если же таким осам, избавленным от собственных бактерий, давали смесь Providencia и P. mirabilis, то большинство личинок погибало.

То есть смешению видов препятствует не несовместимость их генов сама по себе, а неспособность полученной смеси генов правильно организовать работу микрофлоры, наладить, так сказать, диалог между бактериями и организмом личинки.

В журнале Science авторы работы пишут, что у гибридов иммунитет не мог должным образом контролировать микрофлору. У них на 40% повышалась активность иммунных генов, вызывая что-то вроде аутоиммунного расстройства. Если же гибридов лишали бактерий, их иммунитет вёл себя нормально.

Так или иначе, именно бактерии в своё время сыграли для ос видообразующую роль, воспрепятствовав смешению генов внутри популяции. Поэтому влияние микрофлоры на эволюцию можно смело поставить рядом с горами, реками и прочими масштабными географическими и экологическими факторами.

 


Истчоник: КОМПЬЮЛЕНТА


Самой известной и, пожалуй, самой популярной теорией происхождения митохондрий и хлоропластов является теория эндосимбиоза (или симбиогенеза). По ней, хлоропласты и митохондрии прежде были самостоятельными прокариотическими организмами (какими-нибудь древними бактериями или цианобактериям), которыми питались далёкие предки эукариот. В какой-то момент поедание бактерий сменилось симбиотическими отношениями: жертвы стали жить внутри охотника, обеспечивая его энергией, и в итоге превратились в знакомые всем хлоропласты и митохондрии. 

В общих чертах тут всё более-менее понятно, но что при этом происходило на клеточном уровне? Какими, например, характерными особенностями обладали клетки древнейших эукариот, которые первыми начали налаживать симбиотические отношения с поглощёнными бактериями? Почему вообще получилось так, что бактерии перестали расщепляться пищеварительными ферментами и оставались плавать в теле хозяина целыми и невредимыми? На эти и на многие другие вопросы ответов пока нет, хотя учёные интенсивно их ищут. Главная проблема, разумеется, в том, что все гипотезы и теории приходится строить на современном материале, на изучении нынешних простейших, так как ископаемых останков с тех далёких времён почти нет.

Но как можно узнать, что происходило миллионы и миллиарды лет назад, наблюдая за современным одноклеточными? Считается, что какие-то особенности структуры, какие-то особенности поведения нынешних простейших отчасти повторяют то, как вели себя их древнейшие предки. И здесь нужно добавить, что эндосимбиоз — по крайней мере тот, который привёл к появлению хлоропластов, — возникал в истории жизни несколько раз. Сначала были так называемые первичные эндосимбионты: древнейшие эукариоты, которые первыми поняли, что фотосинтезирующие цианобактерии можно использовать, так сказать, живьём. Из таких первичных эндосимбионтов впоследствии появились растения, зелёные и красные водоросли, а также своеобразная группа водорослей, называемых глаукофитами, чьи фотосинтезирующие органеллы чрезвычайно напоминают цианобактерии. 

Роль фагоцитоза древних эукариот в происхождении хлоропластов. (Рисунок авторов работы.) Роль фагоцитоза древних эукариот в происхождении хлоропластов. (Рисунок авторов работы.) Но были и такие организмы, которые использовали для эндосимбиоза не сами бактерии, а первичных эндосимбионтов. То есть другие древнейшие эукариоты поглощали других эукариот, у которых уже были приручённые фотосинтезирующие цианобактерии. Из таких вторичных и третичных эндосимбионтов получились криптофитовыегаптофитовые и гетероконтофитовые водоросли, а также эвгленоидеи. У потомков вторичных эндосимбионтов мембрана хлоропластов состоит не из двух, а из трёх слоёв. Считается, что самая внутренняя мембрана досталась хлоропластам от бактерии, а вторая, внешняя — от древнего эукариота, который, поглощая бактерию, заворачивал её в свою мембрану. В случае с трёхмембранными хлоропластами третья (самая внешняя) мембрана, как считается, досталась хлоропластам от нового хозяина, который заворачивал в свою мембрану другого эукариота с фотосинтезирующими элементами внутри. 

Однако в любом случае один из ключевых этапов — поглощение одного одноклеточного другим. Исследователи из Университета Далхаузи (Канада) и Американского музея естественной истории (США) утверждают, что древние эукариоты, которые впервые использовали хлоропластный симбиоз, поглощали бактерии не любой частью клетки, как амёбы, а с помощью специализированных структур. Учёные наблюдали за Cymbomonas, относящейся к одним из наиболее простых и древних зелёных водорослей. Хотя, как и все зелёные водоросли, Cymbomonas произошла от первичных эндосимбионтов, при этом, как оказалось, у неё сохранилась способность питаться бактериями. 

В статье, опубликованной в Current Biology, исследователи описывают пищеварительный аппарат водоросли Cymbomonas. Пища попадает в клетку через специальное отверстие, после чего по пищеводообразному каналу движется к постоянной пищеварительной вакуоли, аналогу желудка, причём пищевод может сокращаться, помогая пище продвинуться к «желудку». 

Такой способ поглощения не похож на то, что мы наблюдаем у других простейших, вроде амёб или инфузорий. Авторы работы полагают, что он достался Cymbomonas от предков, которые с его помощью приобрели первые хлоропласты. Сейчас бактерии, пойманные Cymbomonas, перевариваются в пищеварительной вакуоли, однако весь процесс поглощения пищи может быть моделью для изучения того, как бактерии в один прекрасный день избежали расщепления в вакуоли и превратились в домашних фотосинтетиков. 

В данном случае трудно сказать, что именно благодаря такому пищеварительному аппарату стало возможным «приручение» бактерий — тут могли сыграть свою роль и другие особенности физиологии древних эукариот. Но если именно такая схема поглощения пищи осуществлялась в каждом случае появления эндосимбиоза, это наводит на мысль, что это неспроста, что, очевидно, именно такой путь бактерии в клетку давал ей шанс уцелеть и развить симбиотические отношения.

 


Источник: КОМПЬЮЛЕНТА


Случайные статьи

  • 1
  • 2
  • 3
  • 4
  • 5
Предыдущая Следующая

Для анализа гидролокаторного эха дельфины пользуются сложнейшей математикой

18-07-2012 Просмотров:5268 Новости Зоологии Антоненко Андрей - avatar Антоненко Андрей

Для анализа гидролокаторного эха дельфины пользуются сложнейшей математикой

Охотящиеся дельфины стараются запутать добычу сетью из воздушных пузырей. Одновременно они пользуются сонаром и производят сложнейшие преобразования с вернувшимся звуковым эхом, чтобы отличить значимый сигнал от фонового шума. Охотясь, дельфины используют...

Биологи открыли самое долгоживущее существо на Земле

18-07-2017 Просмотров:92 Новости Зоологии Антоненко Андрей - avatar Антоненко Андрей

Биологи открыли самое долгоживущее существо на Земле

Самыми долгоживущими существами на Земле являются глубоководные сидячие черви со дна Карибского моря, некоторые из которых прожили более 300 лет, говорится в статье, опубликованной в журнале Science of Nature. Escarpia laminata"Многие особи Escarpia laminata доживают до 250 лет...

Ученые выяснили, почему мутации не погубили человечество

05-05-2017 Просмотров:853 Новости Генетики Антоненко Андрей - avatar Антоненко Андрей

Ученые выяснили, почему мутации не погубили человечество

Российские и зарубежные ученые впервые проследили за появлением большого числа вредных мутаций в ДНК людей и мушек-дрозофил и раскрыли механизм, препятствующий быстрому их накоплению в геноме, говорится в статье, опубликованной в журнале Science. "Мы давно думаем над тем, как человечеству удается...

Отступление ледников, возможно, стало причиной эволюционного взрыва

27-01-2011 Просмотров:6465 Новости Эволюции Антоненко Андрей - avatar Антоненко Андрей

Отступление ледников, возможно, стало причиной эволюционного взрыва

Животным понадобилось каких-то 85 млн лет (мгновение по геологическим меркам) на то, чтобы развиться и обжить бóльшую часть суши и океанов. Хотя ископаемые останки и молекулярная биология могут многое рассказать...

Северный Ледовитый океан стал более пресным

29-03-2011 Просмотров:6347 Новости Окенологии Антоненко Андрей - avatar Антоненко Андрей

Северный Ледовитый океан стал более пресным

В Арктике на 20% увеличилась доля распресненной воды. Похоже, что пресная вода начала сильнее поступать из всех источников — и из рек, и из ледников, и из осадков. Северный Ледовитый океан...

top-iconВверх

© 2009-2017 Мир дикой природы на wwlife.ru. При использование материала, рабочая ссылка на него обязательна.