Een internationaal team van onderzoekers met een centrale bijdrage van onderzoekers van het Dept. of Biological Physics van de Eötvös Loránd University (ELTE) heeft de evolutionaire oorsprong van dieren en schimmels ontrafeld.

De bevindingen, gepubliceerd in het tijdschrift Nature , demonstreren hoe genomische gegevens en krachtige computationele methoden wetenschappers in staat stellen om fundamentele vragen in de evolutionaire biologie te beantwoorden die voorheen ongenaakbaar waren.

Wetenschappers zijn altijd nieuwsgierig geweest naar de evolutionaire geschiedenis van dieren en schimmels:deze twee groepen complexe meercellige organismen zijn op het eerste gezicht totaal verschillend, maar in feite zijn ze neven op de levensboom. Dieren en schimmels zijn leden van dezelfde uitgebreide familie, een eukaryote supergroep genoemd, en zijn veel nauwer verwant aan elkaar dan aan planten. Begrijpen hoe zulke complexe maar contrasterende groepen zich binnen dezelfde eukaryote supergroep ontwikkelden, was een uitdaging vanwege het ontbreken van een gedetailleerd fossielenbestand vanaf het moment dat de twee groepen uiteenliepen.

"Om dit evolutionaire raadsel op te lossen, moesten we eerst genomische gegevens produceren van de eencellige groepen die vertakken tussen dieren en schimmels in de levensboom", zegt Iñaki Ruiz-Trillo, hoofdonderzoeker en hoogleraar Evolutionaire biologie aan het Instituut voor Evolutionaire biologie in Barcelona en laatste auteur van het artikel.

In plaats van te vertrouwen op fossielen, reconstrueerden de auteurs de evolutie van de twee groepen op basis van de genetische informatie die te vinden is in de genomen van schimmels en dieren die tegenwoordig leven. Door de genomische gegevens die voor deze eencellige groepen zijn geproduceerd te combineren met genomische gegevens van meerdere soorten dieren en schimmels, reconstrueerden de onderzoekers het traject van genetische veranderingen die leidden tot de oorsprong van deze twee eukaryote groepen met behulp van geavanceerde computermodellen van genetische verandering.

"Op methodologisch niveau zijn er twee factoren die een enorme impact hebben op het gebied van evolutionaire biologie. Een daarvan is dat het momenteel veel gemakkelijker is om genomische gegevens voor elk organisme te produceren. De tweede is dat onze computers tegenwoordig veel kunnen draaien complexere evolutionaire modellen om deze gegevens te analyseren", aldus Gergely J Szöllősi, hoofdonderzoeker bij de ERC GENECLOCKS-onderzoeksgroep en assistent-professor bij de afdeling Biologische Fysica van ELTE en co-auteur van het artikel.

Het globale beeld dat uit de analyses naar voren kwam, is dat de genomische verschillen die we vandaag zien tussen moderne dieren en schimmels het gevolg zijn van geleidelijke veranderingen die vroeg in de evolutie begonnen. De resultaten van de auteurs geven aan dat dit proces begon onmiddellijk na de divergentie van de voorouders van de twee groepen meer dan een miljard jaar geleden.

"Dit verraste ons, omdat we verwachtten dat de meeste veranderingen zich specifiek zouden hebben voorgedaan in samenhang met de oorsprong van dieren en schimmels. Wat we in plaats daarvan zagen, is het tegenovergestelde, de meeste veranderingen in het gengehalte vonden plaats vóór de oorsprong van de twee groepen," zei Eduard Ocaña -Pallarès, een postdoctoraal onderzoeker aan de ELTE-universiteit en eerste auteur.

Volgens de onderzoekers begon de afstammingslijn die naar dieren leidde, genen te accumuleren die later essentieel zouden worden voor de multicellulariteit van dieren. Daarentegen ondervond de afstamming die tot moderne schimmels leidde meer genetische verliezen en verschoof de genetische inhoud naar metabolische functies. Door deze verschuiving konden de schimmels zich aanpassen aan en overleven in een verbijsterende verscheidenheid aan omgevingen.

"Van Barcelona naar Hongarije verhuizen en lid worden van de ERC GENECLOCKS-onderzoeksgroep bij ELTE was de beste beslissing die ik ooit had kunnen nemen vanuit een professioneel perspectief. Tijdens mijn doctoraat in Barcelona hebben we veel genomische gegevens gegenereerd, maar al deze gegevens zijn zinloos tenzij je het met de juiste methoden analyseert. Ik besloot dit onderzoek voort te zetten in de groep van Gergely, omdat ik wist dat ze geavanceerde software aan het ontwikkelen waren voor het reconstrueren van de voorouderlijke geninhoud. Deze beslissing was cruciaal voor het succes van het project, " concludeerde Eduard Ocaña-Pallarès, postdoctoraal onderzoeker bij de afdeling Biologische Fysica van ELTE.

"Dit werk is een goed voorbeeld van hoe samenwerking over de hele wereld de wetenschap kan stimuleren en kan leiden tot excellentie in onderzoek", voegt Gergely J Szöllősi toe. + Verder verkennen

Rare en wondere wereld van schimmels gevormd door evolutionaire uitbarstingen, studievondsten