КАРТОЧКА ПРОЕКТА ФУНДАМЕНТАЛЬНЫХ И ПОИСКОВЫХ НАУЧНЫХ ИССЛЕДОВАНИЙ,
ПОДДЕРЖАННОГО РОССИЙСКИМ НАУЧНЫМ ФОНДОМ

Информация подготовлена на основании данных из Информационно-аналитической системы РНФ, содержательная часть представлена в авторской редакции. Все права принадлежат авторам, использование или перепечатка материалов допустима только с предварительного согласия авторов.

 

ОБЩИЕ СВЕДЕНИЯ

---

Номер проекта 20-14-00195

НазваниеРожденные ползать: новый взгляд на проблемы происхождения и эволюции Amoebozoa

Руководитель Смирнов Алексей Валерьевич, Кандидат биологических наук

Организация финансирования, регион федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Санкт-Петербургский государственный университет" , г Санкт-Петербург

Конкурс №45 - Конкурс 2020 года «Проведение фундаментальных научных исследований и поисковых научных исследований отдельными научными группами»

Область знания, основной код классификатора 04 - Биология и науки о жизни; 04-101 - Зоология

Ключевые слова зоология беспозвоночных, протистология, систематика, филогения, ультраструктура

Код ГРНТИ34.33.15

---

 

ИНФОРМАЦИЯ ИЗ ЗАЯВКИ

---

Аннотация
Происхождение и ранняя эволюция «супергрупп» эукариот является одной из самых фундаментальных проблем эволюционной биологии. Вопрос о том, как и почему «протоэукариот» (так называемый LECA – the Last Eukaryotic Common Ancestor) начал эволюционировать в различных направлениях, дав в относительно короткие геологические сроки начало практически всем известным на настоящий момент крупным филогенетическим ветвям живых существ напрямую завязан на самые фундаментальные общебиологические проблемы. В первую очередь, это - проблема происхождения эукариотической клетки и поиска «корня» филогенетического древа эукариот, изучение проблем становления планов строения клеток протистов, вопросы становления и эволюции жизненных циклов эукариот. В свою очередь, эти фундаментальные вопросы напрямую завязаны на сугубо практические медицинские и сельскохозяйственные проблемы. Понимание взаимосвязей между крупными группами эукариот, понимание проблем филогенетики и эволюционного развития организмов и их клеточных систем необходимо, например, в таких вопросах, как перекрёстное влияние терапевтических агентов в медицине, изучение проблем устойчивости биосистем и повышения эффективности сельского хозяйства биологическими методами, поиск и тестирование новых биологически активных агентов в рамках работ по биопроспектингу и многих других случаях. В последнее десятилетие среди специалистов, занимающихся проблемами возникновения и ранней эволюции эукариот, возникла выраженная тенденция строить гипотезы, ориентируясь практически исключительно на данные молекулярной филогении и филогеномики. Подавляющее большинство современных специалистов-протистологов рассматривают проблему происхождения супергрупп как эволюцию некоего «сферического коня в вакууме». Практически никто и никогда не задумывается об экологическом аспекте эволюционных процессов и проблемах палеонтологии и палеобиологии. Среди протистологов оказалось практические утрачено понимание того, что возникновение новых планов строения клетки эукариот было обусловлено не только эволюцией на уровне генома клетки, но и ее возможностями по адаптации к окружающей ее среде, которая во времена формирования основных филогенетических линий (а это скорее всего – ранний и средний протерозой) значительно отличалась от нынешней. Основная задача проекта – это найти ответ на вопрос, как и почему достаточно сложно организованный двужгутиковый предок Amoebozoa (так называемый “sulcozoan ancestor”), предположительно представлявший собой небольшого уплощенного жгутиконосца, напоминавшего современных представителей группы «excavata», преобразовался в амебу, не имеющую вообще никаких морфологически дифференцированных структур. Amoebozoa ответвились от общего эволюционного ствола «unikonta» в среднем протерозое, в эпоху доминирования микробных матов и активного формирования строматолитов. Наша «нулевая гипотеза» состоит в том, что именно необходимость получить доступ к такому практически неиссякаемому источнику пищи, как цианобактерии, составляющие микробные маты, дала толчок к увеличению размеров предка Amoebozoa. Однако рост размера клетки, приводившейся в движение жгутиком был ограничен такими фундаментальными физико-химическими параметрами как низкое число Рейнольдса и большая толщина пограничного слоя для протистов. В условиях достаточно низкого содержания кислорода в атмосфере Земли раннего и среднего протерозоя, скорость его диффузии не позволяла существовать крупным аэробным протистам. Однако в цианобактериальных матах формировались «кислородные карманы», в которых содержание кислорода могло быть весьма высоким. Мы полагаем, что именно в этой экологической нише произошел переход к амебоидной организации клетки, утрата жгутиковой локомоции и замещение ее уникальным акто-миозиновым механизмом перемещения клетки, ныне известным как амебоидное движение. Это преобразование позволило Amoebozoa в короткие сроки значительно увеличить линейный размер организма, тем самым приобретя возможность разрушать и поедать микробный мат. При этом они сохранили подвижность клетки и, таким образом, открыли себе доступ к практически не эксплуатируемому на тот момент развития жизни на Земле пищевому ресурсу. Таким образом, базальные ветви филогенетического древа Amoebozoa - Tubulinea и Discosea по всей видимости являются полностью безжгутиковыми. Разумеется потенциальная способность образовывать кинетосомы и жгутики и необходимый для этого генетический аппарат у Amoebozoa сохранилась и была реализована в значительно более поздно эволюционировавшей ветви Evosea. Основная идея проекта и его научная новизна – это комплексное рассмотрение эволюционных процессов с использованием современных методов сбора и анализа данных. Мы будем параллельно анализировать филогению, палеоэкологию, физико-химические аспекты существования жгутиковых и амебоидных протистов, данные об эволюции газового состава атмосферы Земли, данные о биологии и физиологии Amoebozoa для того, чтобы составить целостную картину эволюции Amoebozoa в контексте эволюции окружающей их среды. Мы планируем получить современные высококачественные геномные и транскриптомные данные по целому ряду ключевых групп Amoebozoa для того, чтобы заменить ими многие используемые в настоящее время низкокачественные или контаминированные наборы данных, включить в филогеномные деревья значительное число новых представителей Tubulinea и Variosea. Наша проверка мультигенных выравниваний, примененных в современных филогеномных исследованиях показала, что многие гены, использованные в этих выравниваниях, демонстрируют слабый филогенетический сигнал и скорее портят, нежели улучшают анализ. Для того, чтобы повысить разрешение нашего анализа мы планируем тщательно отобрать для анализа однокопийные гены (или гены с наименьшим числом паралогов), которые сами по себе дают хорошее разрешение филогении Amoebozoa. Мы планируем изолировать из природных местообитаний и получить из коллекций культур, изучить и включить в анализ представителей потенциальных предковых таксонов Amoebozoa – таких как представители клад, ныне обозначаемой как CRuMs, малавимонады и анкиромонады. Мы полагаем необходимым использовать не только филогенетический анализ, но и анализ структуры генома, в частности – на большом объеме современного материала проверить гипотезы о слиянии, дроблении, потере и приобретении генов, которые в свое время легли в основу общепринятых сейчас концепций эволюции Amoebozoa. Мы полагаем необходимым провести на современном уровне инвентаризацию генов, ассоциированных с формированием кинетосом и жгутиков и проанализировать уровень гомологии этих генов между Amoebozoa и другими эукариотами. Наши предварительные данные показывают, что он весьма низок, что подтверждает нашу гипотезу о значительном временном периоде супрессии этих генов в ходе эволюции Amoebozoa. Мы планируем получить новые данные и провести анализ эволюционных преобразований митохондриальных геномов в базальных ветвях Amoebozoa для того, чтобы вычленить возможные базовые тенденции и структурные преобразования в эволюции геномов отдельных филогенетических линий и использовать их в качестве дополнительных филогенетических маркеров. Наконец, мы планируем в лабораторных экспериментах изучить поведение и питание амеб разных размерных групп в матах цианобактерий, существующих в воде с пониженным содержанием кислорода. Подробный эксперимент позволит нам отчасти воспроизвести условия, напоминающие те, в которых могло происходить становление и ранняя эволюция Amoebozoa. Выполнение проекта, находящегося "на переднем крае" современных исследований эволюции и филогении низших эукариот позволит нам предложить новую схему возникновения, становления и эволюции Amoebozoa. В результате выполнения проекта мы планируем опубликовать не менее 15 статей в ведущих протистологических и общебиологических научных журналах.

---

 

ОТЧЁТНЫЕ МАТЕРИАЛЫ

---