Tajemnice ewolucji: jak powstały wielokomórkowce

Z jednej strony naukowcy wciąż poszukują rozwiązania tajemnicy, jak martwa materia uformowała życie, z drugiej badają zagadnienia ewolucji i specjacji gatunkowej. A pomiędzy nimi trwają prace mające na celu odpowiedź: jak jednokomórkowe organizmy przekształciły się w skomplikowane wielokomórkowce.

Jak tłumaczą Klaus Valentin i Bank Beszteri z Instytutu Badań Polarnych i Morskich Alfreda Wegenera w Helmholtz, wielokomórkowe życie wyewoluowało na pięć różnych sposobów, tworząc zwierzęta, rośliny, grzyby, czerwone algi (krasnorosty) i brązowe algi (brunatnice). Dlatego naukowcy ewolucjoniści postawili sobie za cel stworzyć kompletną mapę genomu dla reprezentatywnego gatunku każdej z tych linii ewolucyjnych. Klaus Valentin i Bank Beszteri od początku zaangażowani byli w projekt stworzenia mapy genomu brunatnicy - Ectocarpus siliculosus, nad którym pracowało blisko stu naukowców i inżynierów. Przeanalizowanie 214 milionów par zasad i przydzielenie ich do 16 tysięcy genów trwało pięć lat. Wcześniej zakończono odczyt genomu krasnorostu, nadszedł więc czas badań porównawczych i oceniania zdobytej wiedzy. Wiadomo już, że wiele genów podobnych jest do roślin lądowych, więc można podejrzewać, że odgrywały kluczową rolę w pierwotnych organizmach wielokomórkowych.

Zsekwencjonowanie genomu brunatnicy ma istotne znaczenie dla jeszcze jednego celu badawczego - odtworzenia przebiegu ewolucji fotosyntezy. Wiadomo, że wytwarzanie tlenu dzięki energii słonecznej zostało „wynalezione" około 3,8 miliarda lat temu przez cyjanobakterie. Algi zielone i czerwone zyskały tę umiejętność dzięki symbiozie z cyjanobakteriami. Jak sądzono, algi brązowe powstały z połączenia bezbarwnych komórek nie posiadających umiejętności fotosyntezy z jednokomórkowymi krasnorostami. Ostatnie badania sugerują raczej, że powstały one z połączenia krasnorostów i alg zielonych (zielenic).

Brunatnica - Ectocarpus siliculosus - to organizm morski, występujący powszechnie w klimacie umiarkowanym i polarnym, a badania nad nim mają również znaczenie ekologiczne. Porastając obficie skaliste wybrzeża pełnią w morskim ekosystemie rolę podobną do lasów na lądzie. Niektóre gatunki osiągają nawet 160 metrów długości, tworząc środowisko dla wielu organizmów. Żyjąc w strefach dużych pływów wykazują odporność na długotrwały brak wody i promieniowanie ultrafioletowe. Zrozumienie, jak wykształciły te właściwości może być interesujące i przydatne w kontekście zmian klimatycznych.

Brązowe algi są ewolucyjnie znacznie starsze od roślin lądowych, ich metabolizm posiada wiele unikatowych właściwości, które nie zostały jeszcze zbadane. Zrozumienie, jak funkcjonują te organizmy może przyczynić się do wielu praktycznych odkryć i zastosowań w nowych produktach i technologiach.

ewolucja organizmy wielokomórkowe fotosynteza algi brązowe brunatnice ectocarpus siliculosus Klaus Valentin Bank Beszteri Helmholtz