Что общего между грибами и животными: Укажите сходства и различия между животными,растениями,грибами и бактериями

Учёные выяснили, что у животных и грибов был общий предок, это поможет в профилактике онкологии

ЗДОРОВЬЕ

Также учёные обнаружили новые виды одноклеточных, которые ещё неизвестны науке, и вывели их в отдельное царство

Животные и грибы имели общего предка, одноклеточное существо, которое жило более миллиарда лет назад.

Krasula/Shutterstock

Международный исследовательский коллектив вместе с учёными из Института биологии внутренних вод РАН и Тюменского государственного университета выяснили, что у грибов и животных был один общий предок среди одноклеточных существ, и жил он более миллиарда лет назад. Исследование было опубликовано в журнале Nature.

Учёные открыли несколько ранее неизвестных видов современных простейших одноклеточных, которые наиболее генетически близки к общему предку животных. Они расшифровали их геномы, а также геномы примитивных грибоподобных организмов с помощью секвенирования ДНК. Животные и грибы формируют два разных царства живой природы, имеют отличную морфологию и образ жизни, но эволюционировали они внутри одной супергруппы эукариотических организмов (Opisthokonta).

– В нашей лаборатории мы занимаемся изучением одноклеточных простейших, в частности гетеротрофных жгутиконосцев, которые являются очень древними одноклеточными существами, – рассказал Metro протистолог, заведующий лабораторией AquaBioSafe ТюмГУ и единственный российский учёный, участвовавшим в исследовании Денис Тихоненков. – Они – современные аналоги предков различных групп эукариот. Одноклеточные существа обитают в основном в водоёмах, они были первыми эукариотическими организмами (эукариотические – то есть имеющие ядро. – Прим. ред.) на Земле и представляют собой начальное звено эволюции. Мы открыли несколько новых для науки видов одноклеточных, которые оказались родственниками, близкими к предкам животных. В течение нескольких лет работали в этом направлении, вместе с зарубежными коллегами секвенировали их полные геномы и подтвердили удивительную вещь – царства животных и грибов произошли от одного общего одноклеточного предка. Это мы поняли по составу геномов. Каким был этот предок – никто точно не знает, сейчас его уже не существует. Но в природе существуют современные одноклеточные, они – аналоги той предковой формы, от которой произошли грибы и животные, в том числе и человек. У царства растений же был другой предок.

Учёные реконструировали эволюционные линии происхождения современных грибов и животных от общего предка и выделили важные пути генетических трансформаций для обоих царств. Оказалось, что различия в генах, которые существуют сегодня между животными и грибами, – результат эволюционных процессов, начавшийся сразу после расхождения предков двух групп более миллиарда лет назад. Раньше считали, что два царства обособились благодаря большому количеству геномных изменений внутри царств. Сейчас же учёные доказали, что процесс разделения начался значительно раньше у одноклеточных предков – до возникновения многоклеточных представителей в двух царствах.

– Линия одноклеточных предков, что ведёт к животным, начала накапливать гены, которые позже станут необходимыми для реализации многоклеточности, – продолжает Денис. – У них стали накапливаться признаки, генетический материал, который позволяет реализовать сложно устроенное клеточное поведение, создавать из клеток ткани. А линия, ведущая к современным грибам, понесла большие генетические потери, набор генов сместился в сторону увеличения многообразия метаболических функций, то есть различных химических превращений. Если сказать простыми словами – грибы значительно проще устроены, чем животные, но при этом у них сложный метаболизм, они могут питаться различными веществами, и в них происходят сложные химические превращения. У грибов в отличие от человека другой метаболизм.

По мнению учёных, данная работа может помочь в борьбе и профилактике раковых заболеваний.

– Расшифровка любых геномов, не только человека, но и родственных человеку организмов, даже таких просто устроенных одноклеточных, позволяет накапливать данные о том, как функционируют гены и как взаимодействуют клетки друг с другом, – рассказывает Денис Тихоненков. – Поскольку в основе раковых заболеваний лежат нарушения взаимодействий между клетками в организме, то полезно изучать геном, клеточные сигналы между различными клетками и их взаимодействия, чтобы лучше понять эти процессы и управлять ими. Если философски посмотреть на это, то одноклеточный организм бессмертен, пока делится клетка. Но, увы, есть такое явление в природе, как запрограммированная клеточная гибель. Научное название – апоптоз. Объясняется оно просто. Для того чтобы клетке бесконечно делиться, должны постоянно удлиняться кончики хромосом. Они изменяются за счёт фермента теломеразы. Фермент прекращает работу – кончики хромосом не растут, тогда и бесконечное деление прекращается. Для живого организма, как ни странно звучит, апоптоз необходим: если клетка не умирает, может развиться злокачественная опухоль. Поэтому управление процессами клеточного взаимодействия в будущем может позволить избежать онкологических заболеваний.

Сейчас учёные продолжают работу над изучением новых для науки видов одноклеточных жгутиконосцев. Они составляют новое царство одноклеточных существ.

– Раньше все одноклеточные эукариоты считались одним царством простейших, – делится Денис. – Сейчас оказалось, что представители царства простейших настолько разнообразны и неродственны друг другу, что можно выделить ещё более десяти различных царств. У них разный набор генов и в организмах происходят совершенно отличные биохимические процессы.

«Шипулин сбросил пиджак и принялся отплясывать»:

сегодня 20 лет величайшей победе нашего волейбола

Здесь был Си Цзиньпин:

Репортёр Metro приехала в отель, где останавливалась китайская делегация

9/11 в США мог быть ещё трагичнее –

если бы произошёл пятый теракт

Впервые за полтора года сыграем с сильным соперником:

превью матча Иран – Россия

Китайские археологи нашли

44 башни Великого шёлкового пути

Текст

Маша Ильина

---

Теги

научное исследование

животные

онкология

Разделение общих предков грибов и животных протекало необычно медленно — Наука

ТАСС, 24 августа. Российские и зарубежные генетики раскрыли историю генетической эволюции общих предков грибов и животных и обнаружили, что процесс их разделения протекал медленно и плавно, что противоречит устоявшимся представлениям о резком возникновении первых многоклеточных животных. Выводы ученых опубликованы в журнале Nature.

«С точки зрения генетики процесс возникновения царств грибов и животных был очень постепенным и плавным, а не резким эпизодическим процессом, как считалось в прошлом. Большая часть изменений в генах, заложивших основу и того, и другого царств жизни, произошла задолго до возникновения их первых представителей», — пишут исследователи.

По текущим представлениям ученых, первые многоклеточные организмы возникли около 600-800 миллионов лет назад, незадолго до так называемого кембрийского взрыва. Так ученые называют короткий отрезок времени, начавшийся 550 миллионов лет назад, когда почти одновременно возникли все современные типы животных, а также предки растений и грибов.

Ученых давно интересует, как возникли эти царства жизни, когда это произошло, и как были связаны между собой процессы их эволюции. В частности, исследователи давно пытаются понять, когда разделились предки грибов и животных, и почему их современные потомки обладают столь разной анатомией, жизнедеятельностью и устройством клеток.

История эволюции грибов и животных

Денис Тихоненков, главный научный сотрудник Институт биологии внутренних вод РАН в Бороке, и его зарубежные коллеги попытались получить ответ на этот вопрос в рамках масштабного проекта по секвенированию и анализу генома большого числа грибов и животных. В его рамках ученые расшифровали ДНК свыше 80 видов живых существ, в том числе нескольких видов крайне примитивных амеб, открытых российскими биологами в акваториях Чили и Вьетнама.

Ученые сравнили их геномы и выделили те сегменты ДНК, которые больше всего или меньше всего поменялись в процессе эволюции животных и грибов. В дополнение генетики сравнили наборы мутаций в генах представителей каждого царства, что помогло им найти те гены, которые больше всего изменились в процессе самостоятельной эволюции грибов и животных.

Анализ показал, что предки грибов и животных следовали по разным траекториям эволюционного развития, причем это движение началось задолго до того, как появились первые представители и того, и другого царства жизни. В целом, животные двигались в сторону увеличения подвижности и развития новых типов клеток, а грибы, наоборот, постепенно потеряли гены, связанные с этими чертами первых эукариот, живых существ с обособленным ядром.

Подобный характер эволюции древних грибов и животных, по словам Тихоненкова и его коллег, противоречит общепринятой концепции о том, что эволюция древнейших многоклеточных протекала преимущественно в ходе больших рывков или скачков. Дальнейшее изучение ДНК амеб и грибов, как надеются ученые, поможет им более детально раскрыть историю этого эволюционного перехода.

Три причины, по которым грибы не являются растениями

Вы когда-нибудь брали что-нибудь и задавались вопросом: «Что это?» Таксономисты помогают ответить на этот вопрос, добросовестно документируя фенотипические (признаки) и генотипические (генетические) различия между живыми существами, что позволяет их быстро различать и идентифицировать. Размещение организмов по категориям полезно тем, что вместо описания множества характеристик мы можем просто использовать широкие категории в качестве ориентиров, чтобы информировать нас не только о природе индивидуума, но и о его отношениях с другими подобными организмами. Например, новый организм, классифицируемый как позвоночное, будет обычно пониматься как имеющий позвоночник, состоящий из позвонков. Для ученых таксономические группы являются пробным камнем понимания: фундаментом, на котором строятся новые знания. Эта метафора сообщает о фундаментальной важности таксономии, но подразумевает стабильность, которой не хватает таксономической классификации.

На протяжении большей части истории науки грибы были предметом изучения ботаников. До самого недавнего времени — разумно в пределах человеческой жизни — грибы оставались классифицированными как растения как часть многовекового деления, которое можно суммировать аксиомой, приписываемой Карлу Линнею: «Растения растут и живут; животные растут, живут и чувствуют». Этот «отец современной таксономии» (и разработчик расистских классификаций людей) разделил живые организмы на 2 категории: либо животные, либо растения. Эту парадигму можно перефразировать как «животные» и «не животные», поскольку категория «растения» долгое время представляла собой разрозненную группу неродственных организмов. Вне контекста эволюции эти классификации стремились разместить организмы по воспринимаемому, наблюдаемому сходству, а не по «родству» в современном генетическом смысле.

Классификация грибов как растений привела к некоторым любопытным событиям. Самое раннее описание грибов, патогенных для насекомых (вероятно, Cordyceps militaris ), французским энтомологом Рене Антуаном Фершо де Реомюром, было как корень растения. Микологическое общество Америки было создано, когда грибы еще считались растениями, а журнал общества Mycologia возник из Ботанического сада Нью-Йорка. В этом саду по-прежнему хранится одна из крупнейших в мире коллекций грибов в гербарии. Это соединение грибов с растениями является актуальной проблемой: неправильная классификация имеет значение, потому что то, как мы классифицируем организмы, влияет на то, как мы их понимаем, поддерживаем (финансово и культурно) и взаимодействуем с ними.

Почему грибы когда-то считались растениями?

Сегодня мы знаем, что грибы — это не растения, но ботаническая история грибов дает интересный взгляд на наши научные предубеждения, на то, как мы классифицируем организмы и как они влияют на наши коллективные знания.

Таксономические классификации постоянно меняются, поскольку мы совершенствуем наше понимание невероятного разнообразия, которое нас окружает. Даже в век геномики мы только коснулись поверхности этого разнообразия. Поскольку у нас нет полной картины разнообразия жизни, наши самые продуманные классификации могут (и так и есть) регулярно меняться из-за появления новых или свежих данных. Сегодня у нас есть роскошь молекулярных инструментов для классификации, но таксономические классификации можно проследить до открытия ДНК, концепции эволюции и изобретения микроскопа. Ранние классификации были ограничены доступными им инструментами (и представлениями).

Мы должны помнить об этом предостережении при рассмотрении некоторых ранних попыток классификации жизни. Грибы были первыми классифицированными представителями грибов. Основываясь на наблюдениях за грибами, ранние систематики определили, что грибы неподвижны (грибы не неподвижны) и что они имеют жесткие клеточные стенки, которые их поддерживают. Этих характеристик было достаточно для первых ученых, чтобы определить, что грибы не являются животными, и поставить их в один ряд с растениями.

Причина 1: у грибов нет хлоропластов

Трубки-призраки — пример растений, потерявших хлорофилл. Получают питательные вещества, паразитируя на грибах (микогетеротрофы).

Источник: iStock

Мы подошли к первой причине, по которой грибы не являются растениями: у грибов отсутствуют хлоропласты. Эта зеленая объединяющая черта растений легко заметна невооруженным глазом, и эти пластиды, содержащие хлорофилл, продолжают оставаться важной вехой в нашем современном понимании эволюции растений. Конечно, есть растения, у которых отсутствуют функциональные хлоропласты, например трубочки-призраки (Monotropa), но мы знаем, что эти цветковые растения («когда-то высшие растения») утратили хлорофилл в ходе своей эволюционной истории. Этого эволюционного контекста не было, пока не появился Дарвин, но он демонстрирует, насколько бессердечно отказывается биология от сотрудничества с нашими искусственными очертаниями. Общие контуры наших категорий для живых существ были основаны на том, что мы могли видеть, а микробы, включая грибы без плодового тела, которые можно было бы наблюдать, были второстепенными.

Причина 2: грибы обладают уникальным способом получения питательных веществ

Старые парадигмы классификации жизни были настолько укоренившимися, что бросить им вызов было трудной задачей. Тем не менее, различные группы грибов предоставили ученым хороший инструмент для решения этой задачи. В 1955 году Джордж Уиллард Мартин оспорил представление о том, что грибы следует классифицировать как растения, в статье под названием «Являются ли грибы растениями?». Во введении он рискнул предположить, что большинство микологов того времени ответят «да». Тем не менее, его тщательное изучение темы повлияло на Роберта Хардинга Уиттакера в его стремлении произвести революцию в таксономии.

Уиттакер опубликовал несколько статей, предлагающих больше царств жизни. В конце концов он остановился на 5 королевствах, но был вовлечен в многолетние философские дебаты о подходящем способе каталогизации жизни. В то время как современный систематик Герберт Коупленд выступал за подробное описание признаков для классификации, основанное на историческом понимании, Уиттекер выдвинул свою теорию, основанную на экологии. Теория Уиттекера была основана на 3 типах экологических ролей, которые могут играть организмы: производители (фотосинтезаторы), консументы (едоки) и редуценты (редуценты).

Это изображение представляет 5 царств, предложенных Уиттакером в его статье 1969 года в журнале Science. На этой диаграмме экологически обоснованные способы питания имеют четкие восходящие траектории: фотосинтез слева, прием пищи посередине и поглощение справа.

Возможно, рассуждения Уиттакера окончательно вывели грибы из царства растений, и поэтому это наша следующая причина, по которой грибы не являются растениями: у грибов есть уникальный способ получения питательных веществ. Грибы выделяют пищеварительные ферменты, а затем поглощают питательные вещества из окружающей среды. Это резко контрастирует с растениями, которые производят себе пищу (благодаря своим хлоропластам). Уиттакеру было ясно, что это различие экологически отличает грибы от растений, но он также пытался решить более простой вопрос: почему мы классифицируем организмы? Лучше ли попытаться объединить организмы по эволюционной истории, чем разделить их?

Когда впервые была проведена классификация живых организмов, мы полагали, что когда-нибудь каталог будет завершен. Уиттекер знал, что новые издания этого каталога выпускаются каждый день, поэтому вместо того, чтобы основывать таксономию только на признаках, он выступал за царства, представляющие основные эволюционные траектории. Эти категории были бы более полезны для эволюционных и экологических вопросов. В 1969 году он опубликовал готовую к учебнику классификацию пяти царств, в которую вошли отдельные царства грибов и растений.

Причина 3: Молекулярные доказательства показывают, что грибы более тесно связаны с животными, чем с растениями

Предлагаемое разделение грибов и растений бесспорно подтверждается молекулярными данными. Вычислительная филогенетика, сравнивающая эукариот, показала, что грибы более тесно связаны с нами, чем с растениями. Грибы и животные образуют кладу, называемую opisthokonta, которая названа в честь единственного заднего жгутика, имевшегося у их последнего общего предка. Сегодня этот задний жгутик одинаково продвигает споры примитивных грибов и сперму животных.

Это наша последняя причина, по которой грибы не являются растениями: лучшие из доступных молекулярных доказательств показывают, что грибы более тесно связаны с животными, чем с растениями. Эти вычислительные и молекулярные подходы убедительны, потому что они обеспечивают надежные эволюционные истории, которые указывают на отношения между организмами и оценивают, когда они расходились с общими предками. Молекулярное понимание жизни выявило 3 возможных основных домена жизни: бактерии, археи и эукариоты (вложенные в археи). Они различаются клеточными компонентами (например, мембраносвязанными органеллами) и составом клеточной мембраны.

Несмотря на то, что грибы получили собственное королевство, они по-прежнему требуют таксономического внимания. Молекулярные подходы показывают, что микологи описывали некоторые грибы более одного раза. Различные названия половых (т. е. производящих грибы) и бесполых форм одного и того же гриба вдохновили на попытку пересмотреть таксоны грибов, скромно названную «Одно имя = один гриб». Эта инициатива продолжается и сегодня, но задача огромна, поскольку в таких базах данных, как Index Fungorum, перечислены синонимы и цитаты с описаниями грибов.

Как (неправильная) классификация микологии как ботанического направления способствовала развитию этой области? Чем больше мы знаем о грибах, тем лучше мы готовы защитить себя (и другие организмы) от грибковых инфекций. Грибы могут так многому нас научить (если назвать только 3 примера) эволюции, экологии и клеточной биологии. Факультеты растениеводства продолжают обучать многих микологов по всей стране, но что было бы с микологией, если бы эта дисциплина поддерживалась таким же количеством кафедр? Будут ли дополнительные исследования микробиома явно включать микобиом? Были бы мы лучше подготовлены к грибковым угрозам для продовольственной безопасности, если бы у Министерства сельского хозяйства США вместо этого была Служба охраны здоровья животных, растений *и грибов*? Нам многое предстоит узнать о грибах, но одно можно сказать наверняка: грибы — это не растения.

Животные и грибы являются ближайшими родственниками друг друга: конгруэнтное свидетельство нескольких белков

Сравнительное исследование

. 1993 г., 15 декабря; 90 (24): 11558-62.

doi: 10.1073/pnas.90.24.11558.

С Л Бальдауф ¹ , Дж. Д. Палмер

принадлежность

• ¹ Институт морских биологических наук, Национальный исследовательский совет Канады, Галифакс, Новая Каролина.

• PMID: 8265589
• PMCID: PMC48023
• DOI: 10. 1073/пнас.90.24.11558

Бесплатная статья ЧВК

Сравнительное исследование

S L Baldauf et al. Proc Natl Acad Sci U S A.

1993 .

Бесплатная статья ЧВК

. 1993 г., 15 декабря; 90 (24): 11558-62.

doi: 10.1073/pnas.90.24.11558.

Авторы

С Л Бальдауф ¹ , Дж. Д. Палмер

принадлежность

• ¹ Институт морских биологических наук, Национальный исследовательский совет Канады, Галифакс, Новая Каролина.

• PMID: 8265589
• PMCID: PMC48023
• DOI: 10.1073/пнас.90.24.11558

Абстрактный

Филогенетические отношения между растениями, животными и грибами были исследованы с использованием последовательностей 25 белков. Были обнаружены четыре вставки/делеции, которые являются общими для двух из трех рассматриваемых таксономических групп, и все четыре являются уникальными для животных и грибов по сравнению с растениями, простейшими и бактериями. К ним относятся вставка из 12 аминокислот в факторе элонгации трансляции 1 альфа и три небольших пробела в энолазе. Деревья максимальной экономии были построены на основе опубликованных данных для четырех из наиболее широко секвенированных из 25 белков, актина, альфа-тубулина, бета-тубулина и фактора элонгации 1 альфа, причем последний был дополнен тремя новыми последовательностями внешней группы. Все четыре белка объединяют животных и грибы в монофилетическую группу, исключая растения и большое разнообразие простейших. Во всех случаях бутстрап-анализ не показывает поддержки ни клады животное-растение, ни гриб-растение. Это соответствие между несколькими линиями доказательств убедительно свидетельствует о том, что, в отличие от традиционной и современной классификации, животные и грибы являются сестринскими группами, в то время как растения составляют независимую эволюционную линию.

Похожие статьи

• Филогенетический анализ семейства белковых последовательностей теплового шока 90 кДа и изучение взаимосвязи между видами животных, растений и грибов.

  Гупта РС. Гупта РС. Мол Биол Эвол. 1995 ноябрь; 12 (6): 1063-73. doi: 10.1093/oxfordjournals.molbev.a040281. Мол Биол Эвол. 1995. PMID: 8524040

• Происхождение и эволюция слизевиков (Mycetozoa).

  Балдауф С.Л., Дулиттл В.Ф. Бальдауф С.Л. и соавт. Proc Natl Acad Sci USA. 1997 Oct 28;94(22):12007-12. doi: 10.1073/pnas.94.22.12007. Proc Natl Acad Sci U S A. 1997. PMID: 9342353 Бесплатная статья ЧВК.

• Происхождение животных и грибов.

  Стенкамп Э.Т., Райт Дж., Балдауф С.Л. Стенкамп Э.Т. и соавт. Мол Биол Эвол. 2006 Январь; 23 (1): 93-106. doi: 10.1093/molbev/msj011. Epub 2005, 8 сентября. Мол Биол Эвол. 2006. PMID: 16151185

• Происхождение и ранняя эволюция эукариот выведены из аминокислотных последовательностей факторов элонгации трансляции 1alpha/Tu и 2/G.

  Хасимото Т., Хасегава М. Хашимото Т. и др. Adv Биофиз. 1996;32:73-120. doi: 10.1016/0065-227x(96)84742-3. Adv Биофиз. 1996. PMID: 8781286 Обзор. Аннотация недоступна.

• Ранняя эволюция и происхождение эукариот.

  Согин М.Л. Согин МЛ. Curr Opin Genet Dev. 1991 декабрь; 1 (4): 457-63. doi: 10.1016/s0959-437x(05)80192-3. Curr Opin Genet Dev. 1991. PMID: 1822277 Обзор.

Посмотреть все похожие статьи

Цитируется

• Достижения в новых путях биосинтеза витамина С у животных и роль выводов, основанных на прокариотах, для понимания их происхождения.

  Дуке П., Виейра К.П., Виейра Дж. Дуке П. и соавт. Гены (Базель). 2022 21 октября; 13 (10): 1917.

  doi: 10.3390/genes13101917. Гены (Базель). 2022. PMID: 36292802 Бесплатная статья ЧВК. Обзор.

• Филогеномный анализ 2786 генов в 158 линиях поддерживает корень эукариотического древа жизни между опистоконтами и всеми другими линиями.

  Серон-Ромеро М.А., Фонсека М.М., де Оливейра Мартинс Л., Посада Д., Кац Л.А. Серон-Ромеро М.А. и соавт. Геном Биол Эвол. 2022 3 августа;14(8):evac119. doi: 10.1093/gbe/evac119. Геном Биол Эвол. 2022. PMID: 35880421 Бесплатная статья ЧВК.

• Консервативные молекулярные сигнатуры белков спайков, нуклеокапсидов и полимераз, специфичных для рода Betacoronavirus и его различных подродов.

  Гупта Р.С., Хадка Б. Гупта Р. С. и др. Гены (Базель). 2022 25 февраля; 13 (3): 423. doi: 10.3390/genes13030423. Гены (Базель). 2022. PMID: 35327976 Бесплатная статья ЧВК.

• Консервативные сигнатуры в последовательностях белков надежно разграничивают различные клады грызунов/гляров и объединяют их эволюционные отношения.

  Гупта Р.С., Суггет С. Гупта Р.С. и др. Гены (Базель). 2022 1 февраля; 13 (2): 288. doi: 10.3390/genes13020288. Гены (Базель). 2022. PMID: 35205335 Бесплатная статья ЧВК.

• Консервативные молекулярные сигнатуры в шиповидном белке свидетельствуют о происхождении SARS-CoV-2 и Pangolin-CoV (MP789) путем рекомбинации(й) между специфическими линиями сарбековирусов.

  Хадка Б., Гупта Р.С. Хадка Б. и др. Пир Дж. 2021 12 ноября; 9: e12434. doi: 10.7717/peerj.12434. Электронная коллекция 2021. Пир Дж. 2021. PMID: 35028194 Бесплатная статья ЧВК.

Просмотреть все статьи «Цитируется по»

Рекомендации

1. 1. Наука. 1989 6 января; 243(4887):75-7 — пабмед
2. 1. Дж Мол Эвол. 1985;22(1):32-8 — пабмед
3. 1. Мол Биол Эвол.