Amikor a gombák meghódították a Földet

A gombák evolúciós történetének vizsgálata után egy nemzetközi tudóscsoport arra a következtetésre jutott, hogy ezek az élőlények 900 millió és 1,4 milliárd évvel ezelőtt jelentek meg először, jóval korábban, mint azt a tudósok gondolták. Ez arra utal, hogy a gombák több százmillió évvel korábban virágoztak a Földön, mint ahogy a növények elkezdtek növekedni. Az eredményeket, amelyek nyílt hozzáféréssel jelentek meg a Nature Ecology & Evolution folyóiratban, fejlett analitikai módszerek és új evolúciós modellek tették lehetővé, amelyek több kormeghatározási technikát ötvöznek.

A kutatásban több ország és terület szakemberei vettek részt, köztük Eduard Ocaña evolúcióbiológus, Ramon y Cajal kutató az Oberta de Catalunya Egyetemről (UOC).

„A gombák csoportja sokkal idősebb, mint azt korábban gondolták. Nagyon valószínű, hogy már több mint egymilliárd évvel ezelőtt léteztek, így az eukarióták egyik legrégebbi fő csoportját alkotják” – mondta Ocaña. Ez azt jelenti, hogy a gombák (egy olyan királyság, amely magában foglalja a gombákat, penészgombákat és egysejtű élőlényeket, például az élesztőgombákat) megelőzik mind az állatokat (amelyekről úgy gondolják, hogy körülbelül 600 millió évvel ezelőtt jelentek meg), mind a többsejtű szárazföldi növényeket (körülbelül 500 millió évvel ezelőtt), olvasható a sciencedaily.com oldalán.

A növényektől és állatoktól eltérően a gombák ritkán hagynak maguk után fosszíliákat puha, fonalszerű szerkezetük miatt. Mivel ilyen kevés fennmaradt maradvány létezik, a tudósok régóta küzdenek azzal, hogy összerakják evolúciós történetüket. Ennek a kihívásnak a leküzdésére a kutatók három egymást kiegészítő forrás kombinációját használták fel: a korlátozott számú ismert gombafosszíliát, több mint száz faj genomszekvenciáit, valamint a horizontális génátvitelre vonatkozó adatokat – ez egy szokatlan, de sokatmondó folyamat, amely elengedhetetlennek bizonyult az elemzéshez.

Horizontális génátvitel történik, amikor egy gén egyik fajról a másikra kerül. „Amikor egy gén egyik szervezetről a másikra ugrik, az azt jelenti, hogy a kettő egyszerre létezett. Ez lehetővé teszi számunkra relatív idővonalak meghatározását, mivel a donor leszármazási vonal bármely rokonának szükségszerűen idősebbnek kell lennie, mint a gént kapó leszármazott leszármazottjának” – magyarázta Ocaña. Ezen genetikai cserékből származó bizonyítékok más molekuláris kormeghatározó eszközökkel és nagy sebességű számítási modellekkel való kombinálásával a csapat sokkal pontosabb és részletesebb evolúciós idővonalat generált több mint 100 gombafaj esetében.

A megállapítások túlmutatnak az ősi dátumok pontos meghatározásán. Átformálják a Föld legkorábbi szárazföldi ökoszisztémáiról alkotott ismereteinket, amelyek gyengén reprezentáltak a fosszilis rekordokban. Ocaña szerint „eredményeink azt mutatják, hogy a gombák már legalább 800 millió évvel ezelőtt jelen voltak a szárazföldi környezetben, és ökológiai kölcsönhatásba léptek a többsejtű szárazföldi növények őseivel, bár jelenleg nem vagyunk biztosak ezen kölcsönhatások összetettségének mértékében. Ezek az ősök valószínűleg hasonlóságokat mutattak a zöldalga-csoportokkal, amelyek evolúciósan a legközelebb állnak a többsejtű szárazföldi növényekhez, amelyek egyes tagjai bizonyos fokú alkalmazkodóképességgel rendelkeznek a nem vízi környezetekhez.”

A modern gombák szimbiotikus partnerségeket alakítanak ki a legtöbb növénnyel, tápanyagokkal látják el őket szénhidrátokért cserébe. Ezek az ősi kapcsolatok, amelyeket mikorrhizáknak neveznek, a szárazföldi élet legkorábbi időszakára nyúlhatnak vissza. Jóval az összetett növények megjelenése előtt a gombák segíthettek az algáknak és a primitív növényeknek a szárazföldi körülményekhez való alkalmazkodásban, miközben cserébe új energiaforrásokhoz jutottak. „Ha elfogadjuk, hogy a gombák fontos szerepet játszottak a növények Föld gyarmatosításában, akkor az elméletünk az, hogy ez a partnerség sokkal korábban kezdődhetett, mint azt gondoltuk, a biológiai talajkéreghez vagy a ma is létező mikrobiális szőnyegekhez hasonló környezetben” – mondta Ocaña, aki az UOC eHealth Központ és az UOC-TECH Központ munkatársa.

A korai Föld hagyományos nézete egy kopár bolygót ábrázol, amíg a növények körülbelül 500 millió évvel ezelőtt megjelentek. Ez a tanulmány megkérdőjelezi ezt az elképzelést. Az új bizonyítékok arra utalnak, hogy a gombák már több százmillió éve aktívak voltak, kölcsönhatásba léptek a korai életformákkal és átalakították a tájat. Az ásványok lebontásával, tápanyagok kibocsátásával és az első talajok létrehozásával ezek az ősi gombák kulcsszerepet játszottak abban, hogy a Föld a jövőbeli élet számára kedvezőbb hellyé vált.

Ez a felfedezés, amely az evolúció, a paleontológia és a molekuláris biológia szakértőinek szoros együttműködésén alapult, rávilágít a interdiszciplináris innováció fontosságára is. „Az ötlet egy innovatív eszközből származik, amelyet Dr. Szöllősi J. Gergely magyar csoportja fejlesztett ki, amelynek én is tagja voltam posztdoktori kutatásaim során. Ezek a megállapítások nem lettek volna lehetségesek e nélkül az együttműködés, illetve a magyar, angol, japán és katalán kutatók hozzájárulása nélkül” – mondta Ocaña.

A csapat most abban reménykedik, hogy ezt a megközelítést az összetett élet más ágaira is alkalmazni tudja, hogy finomítsa az evolúció egészéről alkotott ismereteinket. „A gombák nagyszerű kutatási témát jelentettek, mivel a fosszilis leletek szűkössége azt jelentette, hogy a megközelítésünk jelentős hozzáadott értéket képviselt. A következő kihívás az, hogy ezeket a technikákat kiterjesszük az összes eukariótára, hogy egy sokkal finomabb molekuláris órát fejlesszünk ki az összes összetett élet számára” – mondta Ocaña.