Model, odtwarzający główne etapy ewolucji dawnych bakterii, opracował zespół bioinformatyków z MIT pod kierownictwem dr Lawrence'a Davida i prof. Erica Alma z Department of Civil and Environmental Engineering na MIT.

Eksplozja Kambryjska, która rozpoczęła się około 580 mln lat temu na początku okresu kambryjskiego, wyznaczyła początek ery paleozoicznej, a zarazem fanerozoiku. Był to okres nagłych, szybkich zmian na Ziemi, kiedy pojawiło się wiele nowych form życia i zarazem zaczął kształtować się podział na nowoczesne królestwa roślin i zwierząt. W tym okresie w zapisie kopalnym pojawili się przodkowie przynajmniej 11 z 32 wyróżnianych typów (phyla) zwierząt. Paleontolodzy od dłuższego czasu usiłują określić drogi wcześniejszej ewolucji organizmów kopalnych, które dały początek temu zjawisku. Jest to utrudnione ze względu na to iż wcześniejsze zwierzęta składające się zwykle wyłącznie z części miękkich ulegały całkowitemu rozkładowi i ich szczątki nie przetrwały do naszych czasów w formie skamielin.

Alm i David skonstruowali model matematyczny, który miał naszkicować drogi ewolucji życia około 3 mld lat temu, w okresie przed Eksplozją Kambryjską. Aby tego dokonać użyli 100 nowoczesnych genomów, jako że, jak twierdzą "współczesne genomy zawierają w sobie genomy swoich przodków".

"Wszystkie drogi przypuszczalnej ewolucji genów zostały uwzględnione i połączone w modelu matematycznym, w tym takie procesy jak tworzenie się nowych rodzin genów i ich dziedziczenie, duplikacja takich samych genomów, znikanie, wymiana bądź transfer horyzontalny między poszczególnymi organizmami" - twierdzi David.

Mając 100 współczesnych genomów, naukowcy mogli odtworzyć ślady tysięcy genów od momentu pojawienia się ich na Ziemi i ustalić jakie dawne bakterie mogły być ich nosicielami. Jak wskazywały wyniki prac, genomy większości form życia zaczęły ekspansję w okresie 3,3 - 2,8 mld lat temu, kiedy pojawiło się 27 proc. wszystkich obecnie istniejących rodzin genów. Alm i David nazwali ten okres Ekspansją Archaiku.

"Naprawdę godny uwagi w tych ustaleniach jest fakt, iż bardzo dawne wydarzenia zapisane są w DNA żyjących organizmów. Obecnie staramy się zrozumieć jak można odszyfrować tą historię i mamy nadzieję na zrekonstruowanie najstarszych wydarzeń w ewolucji ogólnych zarysach" - zauważa Alm.

Na początku Alm i David sądzili, że przyczyną Ekspansji Archaiku było pojawienie się tlenu, jako że nowe geny, które odkryli były powiązane z tym gazem, a tlen w atmosferze był niemal nieobecny do okresu około 2,5 mld lat temu. Wtedy to zaczął się on akumulować w atmosferze zabijając niemal wszystkie powszechnie występujące bakterie anaerobowe (beztlenowe). Dokładniejsze badania pozwoliły jednak określić, że geny odpowiedzialne za rozkład tlenu nie były obecne w organizmach niemal do końca Ekspansji Archaiku, zbiegającego się z okresem akumulacji tlenu w atmosferze.

Po eliminacji tej możliwości badacze ustalili, iż prawdopodobnie odkryli początek nowoczesnego transportu elektronów w komórce, który pozwala na ruchy elektronów przez jej ściany. Proces ten jest niezbędny do oddychania na poziomie komórkowym i używają go rośliny oraz część bakterii podczas fotosyntezy. To właśnie fotosynteza tlenowa umożliwiła gromadzenie się tlenu w atmosferze. Oznacza to, że mechanizm transportu elektronowego "wynaleziony" w czasach Ekspansji Archaiku jest odpowiedzialny za oddychanie i fotosyntezę

"Nasze rezultaty wykazują, że stworzenie mechanizmu transportu elektronów jest wprost związane z Ekspansją Archaiku. Uważamy, że wytworzony w ten sposób dostęp do większej ilości energii umożliwił biosferze rozrost i stworzenie większego zróżnicowania życia" - powiedział Daily Tech David. MMEJ

PAP - Nauka w Polsce

 ula/bsz