Переход животных с водной среды обитания на сушу — одна из самых впечатляющих страниц в истории эволюции. Группа учёных попыталась понять генетическую основу этого процесса, сравнив генетический материал более 150 видов живых существ. Результаты работы опубликованы в журнале Nature.
Жизнь на Земле зародилась в воде более 600 миллионов лет назад. Примерно 500 миллионов лет назад, в кембрийский период, животные начали постепенно осваивать сушу. Это стало одним из самых значимых переломных моментов в истории планеты, заложив основу для всех современных наземных экосистем. Примечательно, что, в отличие от растений, которые перешли на сушу лишь однажды, животные совершали этот переход многократно и независимо друг от друга. Такой процесс называют конвергентной эволюцией — когда разные линии живых существ находят схожие решения одинаковых задач.
Исследователи сравнили геномы более 150 видов животных, чтобы выяснить, какие гены присутствуют у различных линий, а затем проследили, на каких ветвях эволюционного дерева эти гены появлялись или исчезали. Оказалось, что большинство переходов на сушу сопровождались масштабным обновлением генетического набора: одни гены приобретались, другие утрачивались — и всё это происходило одновременно. Именно способность генома меняться таким образом сыграла ключевую роль в приспособлении животных к новым условиям обитания.
Гены, которые снова и снова появлялись у разных наземных линий, оказались связаны с защитой от обезвоживания, а также с реакцией организма на стресс — перепады температур, ультрафиолетовое излучение, загрязняющие вещества и токсины растений. Гены же, которые терялись или ослабевали, чаще всего были связаны с регенерацией тканей, особенностями питания и биологическими ритмами — например, циклами дня и ночи.
Полуназемные виды — преимущественно мелкие беспозвоночные — как правило, имеют больше общих адаптаций, например функций, связанных с кровообращением и усвоением питательных веществ, которые помогают им выживать в почве. У полностью наземных животных картина иная: они выработали гораздо более разнообразные стратегии. Так, у наземных улиток были обнаружены гены, отвечающие за образование раковины и выработку слизи, а у наземных позвоночных — гены врождённого иммунитета. Всё это говорит о том, что у каждой линии сложился свой уникальный путь эволюции, определяемый экологией, физиологией и случайностью.
Исследование также позволило установить, когда именно происходили эти переходы. Учёные выделили 3 крупные волны освоения суши за последние 500 миллионов лет — в ордовикский (485–443 млн лет назад), девонско-каменноугольный (419–298 млн лет назад) и меловой (145–66 млн лет назад) периоды. Первые наземные членистоногие появились в начале этого пути, а завершили его наземные улитки. Эти волны, по всей видимости, были вызваны масштабными экологическими и геологическими переменами — в частности, распространением первых наземных растений и возникновением сезонных местообитаний, открывавших новые возможности для жизни на суше, пишет The Conversation.
