Необычайно давний этап эволюции микробов, предшествовавший всплеску биоразнообразия на Земле, удалось восстановить генетикам. Они изучили родственные связи почти 4000 семейств генов из трёх царств живой природы.

Учёные из Массачусетского технологического института (MIT) выяснили, что задолго до кембрийского взрыва, в ходе которого появилось великое множество групп живых существ, произошёл похожий «взрыв» в мире генов.

Авторы работы, опубликованной в Nature, посчитали, что между 3,3 и 2,8 миллиарда лет назад (где-то в интересную эпоху между появлением доядерных и ядерных одноклеточных) возникло 27% от всех существующих нынче семейств генов.

Чтобы восстановить картину всплеска, исследователи нанесли на карту происходившие с генами события: появление, наследование, горизонтальный перенос, дублирование и потери. Исходные данные «предоставили» 100 современных существ, в чьих геномах отразились перемены, которые случались с генами в предках этих животных и бактерий, в их предках и так далее.

Рис. 1. Расхождение и модификация нескольких исходных семейств генов по мере развития биосферы, деления её на царства, группы и так далее (иллюстрация Lawrence A. David).

Однако наибольший интерес представляют функции тех генов, что оказались в совокупном геноме всего живого одними из самых древних. Анализ показал, что трёхмиллиардолетние гены вовлечены в транспорт электронов внутри клеточных мембран.

Этот механизм используется в дыхании, его можно найти и в кислородном фотосинтезе. Исследователи заключили, что резкое расширение разнообразия генов в архее заложило основы для последующих скачков. Так в конце рассмотренного периода (примерно 2,8 миллиарда лет назад) появляются первые гены, отвечающие за использование кислорода.

Последующий всплеск в числе «кислородных» генов хорошо согласуется с датой кислородной катастрофы, изменившей атмосферу планеты и приведшей к господству аэробных форм жизни.