A HUN-REN Ökológiai Kutatóközpont, a HUN-REN Szegedi Biológiai Kutatóközpont és a japán Okinawai Tudományos és Technológiai Intézet (OIST) közös kutatása genetikai „cserék” segítségével újrakalibrálta a gombák törzsfáját, feltárva egy, az első szárazföldi növényeket megelőző, mély múltra visszatekintő történelmet. A kutatók arra a következtetésre jutottak, hogy az élő gombák közös ősének megjelenése nagyjából 1,4–0,9 milliárd évvel ezelőttre datálható – jóval megelőzték a szárazföldi növényeket.
A bolygón, amelyet egykor egysejtű élőlények uraltak, ez a forradalmi változás, a komplex többsejtű élet evolúciója nem is egyszer, hanem legalább öt különböző alkalommal ment végbe. Ez nem csupán a sejtek összetapadását jelentette; ez olyan élőlények hajnala volt, ahol a sejtek specializált feladatokat láttak el, és elkülönült szövetekbe és szervekbe szerveződtek. Ez az ugrás kifinomult új eszközöket igényelt, beleértve a sejtek egymáshoz tapadását biztosító magasan fejlett molekuláris mechanizmusokat és a szervezeten belüli kommunikációt lehetővé tévő bonyolult rendszereket. Ez a mélyreható evolúciós újítás öt fő csoportban egymástól függetlenül jelent meg: az állatok, a szárazföldi növények, a gombák, valamint az algák két különálló vonalában (vörös- és barnamoszatok). Annak megértése, hogy e csoportok mikor jelentek meg, alapvető fontosságú a földi élet történetének összeállításához.
A legtöbb ilyen csoport esetében a fosszilis leletek geológiai naptárként szolgálnak és e bizonyítékok alapján az élet összetettségének időrendi képe így rajzolódik ki.
Vörösmoszatok (Rafatazmia & Ramathallus) Mintegy 1,6 milliárd évvel ezelőtt jelentek meg. Jelenleg a legkorábbi ismert komplex többsejtű életformák; ezek a leletek jelentősen visszatolják az eukarióták megjelenésének idővonalát.
Állatok Az első, 890 millió évesre becsült szivacsszerű kövületeket Kanadában találták. A modern tengeri szivacsokra emlékeztető mikroszkopikus struktúrák arra utalnak, hogy az állati élet jóval a kambriumi robbanás előtt kezdődött.
Szárazföldi növények Ománból kerültek elő a 475 millió évesre becsült mikroszkopikus spórák. A megkövesedett spórák szolgáltatják az első egyértelmű bizonyítékot a növények szárazföldi megjelenésére, 50 millió évvel megelőzve a teljes növénymaradványokat.
Barnamoszatok Maradványaik az egész bolygón megtalálhatók, a legrégebbieket 450 millió évesre becsülik.
Van azonban egy figyelemre méltó kivétel e kövületeken alapuló idővonal alól: a gombák. A gombák országa régóta rejtély a paleontológusok számára. Jellemzően puha, fonalas testük miatt ritkán kövesednek meg jól. Továbbá, ellentétben az állatokkal vagy a növényekkel, amelyeknél a komplex többsejtűség egyetlen eredetűnek tűnik, a gombák ezt a tulajdonságot többször is kifejlesztették különböző egysejtű ősökből, ami megnehezíti egyetlen eredetpont meghatározását a hiányos fosszilis leletanyagban.
A gombák fosszilis leletanyagában lévő hiányosságok áthidalására a tudósok a „molekuláris órát” használják. Az elgondolás lényege, hogy a genetikai mutációk egy szervezet DNS-ében viszonylag állandó ütemben halmozódnak fel a generációk során, mint egy stopperóra ketyegése. Két faj közötti genetikai különbségek számának összehasonlításával a kutatók megbecsülhetik, mennyi idővel ezelőtt váltak szét egy közös őstől.
A molekuláris óra azonban kalibrálatlan; relatív időt képes feltárni, de abszolút éveket nem. Az óra beállításához a tudósoknak a fosszilis leletekből származó „horgonypontokkal” kell kalibrálniuk azt. A gombakövületek ritkasága miatt ez mindig is komoly kihívást jelentett. Az OIST által vezetett csapat ezt egy újszerű információforrás bevonásával oldotta meg: a különböző gombavonalak közötti ritka gén „cserékkel”, egy olyan folyamattal, amelyet horizontális géntranszfernek (HGT) neveznek. Míg a gének általában „vertikálisan”, szülőről gyermekre öröklődnek, a HGT olyan, mintha egy gén „oldalirányban” ugrana át egyik fajból a másikba. Ezek az események erőteljes nyomokat hagynak maguk után. Ha egy gén az A vonalból átugrott a B vonalba, az egyértelmű szabályt állít fel: az A vonal közös ősének idősebbnek kell lennie annál az időpontnál, amikor a gén megjelent a B vonalban. 17 ilyen átadás azonosításával a csapat egy sor „idősebb, mint/fiatalabb, mint” kapcsolatot állapított meg, amelyek segítettek pontosítani a gombák idővonalát.
Ezt az úttörő kutatást a HUN-REN hálózat két vezető magyar kutatócsoportja és a japán Okinawai Tudományos és Technológiai Intézet (OIST) közötti szoros együttműködés tette lehetővé.
A csapat több száz konzervált gén alapján felépítette a gombák széleskörű törzsfáját, 225 különböző markert elemezve 110 gombafajon keresztül. Datálták ezt a törzsfát a rendelkezésre álló kevés kövület, valamint a leszármazási vonalak közötti ritka géncserékből nyert új, relatív korra vonatkozó információk segítségével, amelyek megmutatják, mely ágaknak kell idősebbnek vagy fiatalabbnak lenniük, ezzel pontosítva az idővonalat.
A kutatók egy egyszerű, de nagy horderejű kérdést tettek fel: mikor kezdtek el a mai gombák diverzifikálódni? A kövületek és a ritka horizontális géntranszferekből származó relatív korinformációk kombinálásával arra a következtetésre jutottak, hogy a ma élő gombák közös ősének megjelenése nagyjából 1,4–0,9 milliárd évvel ezelőttre datálható – jóval a szárazföldi növények megjelenése előtt. Ez az időzítés alátámasztja a gombák és algák közötti kölcsönhatásokat, amelyek segítettek előkészíteni a terepet a szárazföldi élet számára.
A gombák működtetik az ökoszisztémákat – újrahasznosítják a tápanyagokat, partnerségre lépnek más élőlényekkel, és néha betegségeket okoznak. Idővonaluk pontosítása megmutatja, hogy a gombák már jóval a növények előtt diverzifikálódtak, ami összhangban van az algákkal való korai partnerségekkel, amelyek valószínűleg segítettek előkészíteni az utat a szárazföldi ökoszisztémák számára.
Ez a felülvizsgált idővonal alapvetően újraértelmezi a szárazföld meghódításának történetét. Azt sugallja, hogy több százmillió évvel az első valódi növények megjelenése előtt a gombák már jelen voltak a szárazfök/ldön, és valószínűleg mikrobiális közösségekben léptek kölcsönhatásba az algákkal. Ez a hosszú előkészítő szakasz elengedhetetlen lehetett a száraföld lakhatóvá tételéhez. A kőzetek lebontásával és a tápanyagok körforgásával ezek az ősi gombák lehettek az első igazi ökoszisztéma-mérnökök, létrehozva az első kezdetleges talajokat és alapvetően megváltoztatva a szárazföldi környezetet. Ebben az új nézetben a növények nem egy kopár pusztaságot hódítottak meg, hanem egy olyan világot, amelyet évezredeken át a gombák birodalmának ősi és kitartó tevékenysége készített elő számukra.
Olvasd el ezt is!
