Геномная машина времени в морских губках

Губки коралловых рифов, менее яркие, чем их коралловые соседи, но важные для общего состояния рифов, являются одними из первых животных на планете. Новое исследование Университета Нью-Гэмпшира изучает экосистемы коралловых рифов с помощью нового подхода к пониманию сложной эволюции губок и микробов, которые живут с ними в симбиозе. С помощью этой «геномной машины времени» исследователи могут предсказывать аспекты рифовых и океанских экосистем на протяжении сотен миллионов лет драматических эволюционных изменений.


«Эта работа показывает, как микробиомы развивались в группе организмов возрастом более 700 миллионов лет», — сказала Сабрина Панки, научный сотрудник и ведущий автор исследования. «В ответ на изменение климата количество губок на рифах увеличивается, и они играют огромную роль в качестве воды и фиксации питательных веществ».

В исследовании, недавно опубликованном в журнале Экология природы и эволюция, значение работы выходит за рамки губок, предлагая новый подход к пониманию прошлого, основанный на геномике. Исследователи охарактеризовали почти 100 видов губок со всего Карибского бассейна, используя метод машинного обучения для моделирования идентичности и численности каждого члена уникального микробиома губок, сообщества микробов и бактерий, которые живут внутри них в симбиозе. Они обнаружили два разных состава микробиома, которые привели к разным стратегиям, используемым губками для питания (губки захватывают питательные вещества, перекачивая воду через свое тело) и защиты от хищников — даже среди видов, которые росли бок о бок на рифе.

«Если мы сможем реконструировать эволюционную историю таких сложных микробных сообществ, мы сможем многое сказать о прошлом Земли», — сказал Дэвид Плачецки, доцент кафедры молекулярных, клеточных и биомедицинских наук и соавтор исследования. «Подобные исследования могут выявить аспекты химического состава океанов Земли, существовавшие еще до того, как появились современные коралловые рифы, или они могут дать представление о суматохе, которую испытали морские экосистемы после величайшего вымирания в истории, которое произошло около 252 миллиона лет назад».

Типы симбиотических сообществ, которые исследователи описывают в этой статье, очень сложны, но они могут показать, что они эволюционировали независимо несколько раз. Они говорят, что есть что-то очень специфическое в том, что делают эти микробные сообщества. Губки десятки раз решали, что такое разнообразное расположение микробов работает на них.

Используя этот новый геномный подход, исследователи обнаружили, что происхождение одного из этих различных микробиомов с высокой микробной численностью (HMA), превышающей миллиард микробов на грамм ткани, произошло в то время, когда океаны Земли подверглись значительному изменению. изменение биогеохимии, совпавшее с возникновением современных коралловых рифов.

Проект финансировался Национальным научным фондом «Измерения биоразнообразия и программы биологической океанографии».

Университет Нью-Гэмпшира вдохновляет на инновации и меняет жизнь в нашем штате, стране и мире. Более 16 000 студентов из всех 50 штатов и 71 страны занимаются с отмеченными наградами преподавателями по лучшим программам в области бизнеса, инженерии, права, здравоохранения и социальных услуг, гуманитарных и естественных наук по более чем 200 учебным программам. Учреждение по классификации Карнеги R1, UNH сотрудничает с НАСА, NOAA, NSF и NIH и в 21 финансовом году получило 260 млн. долл. внешнего финансирования на конкурсной основе для дальнейшего изучения и определения границ земли, моря и космоса.