Здравствуйте, дорогие мои читатели!
Как люди эволюционировали от самых первых животных за последние 600 миллионов лет - это бесконечно увлекательный вопрос.
Собирая воедино множество этапов эволюции, ведущих от нашего первого простого животного предка к современному Homo sapiens , первое, что нам нужно знать, - это то, как мы связаны с другими группами животных.
Многие аспекты нашего генеалогического древа очевидны. Нетрудно заметить, что мы принадлежим, например, к человекообразным обезьянам, приматам и млекопитающим. Углубляясь в нашу историю, даже Аристотель знал, что млекопитающие, птицы, рептилии, амфибии и рыбы объединены общим признаком - позвоночником - в группу, которую мы называем позвоночными.
Наши истоки лежат глубоко в истории животной жизни на земле, и самые ранние окаменелости с той или иной формой позвоночника датируются более чем полумиллиардом лет в прошлое. В распутывании таких древних взаимоотношений есть большие трудности, что вызывало ожесточённую борьбу мнений в течение последних 150 лет. Теперь новое исследование, группы учёных опубликованное в журнале Science Advances , предлагает новый вариант понимания этой проблемы.
Учитывая все трудности, весьма необычным является тот факт, что давно сложился консенсус по поводу ближайших родственников позвоночных. Общее мнение на протяжении более чем столетия состояло в том, что, как это ни удивительно, наши ближайшие не позвоночные родственники - это группа, не имеющая никакого сходства с позвоночными вообще. Это иглокожие – группа, включающая морских звёзд, морских огурцов и морских ежей.
Впервые это предположение было выдвинуто в 1908 году австрийским зоологом Карлом Гроббеном . Гроббен рассматривал самые ранние события эмбрионального развития у различных видов (как делятся первые клетки зародыша и как впервые формируется рот), чтобы разделить основную часть животного царства на две большие ветви. Он утверждал, что позвоночные и иглокожие были частью группы, называемой “ дейтеростомами ”, а другие беспозвоночные были частью группы, называемой протостомами , включая насекомых, земляных червей, моллюсков и нематод.
Хотя этот хрестоматийный взгляд на тесную связь между позвоночными и иглокожими сохранился, некоторые неожиданные результаты недавних исследований , использующих сравнение ДНК животных для реконструкции эволюционных деревьев, поставили его под сомнение. Параллельно с этим в некоторых видах протостомов были обнаружены некоторые специфические черты развития эмбрионов, которые подчёркивались как уникальные для ветви дейтеростомов животных.
Эти результаты позволяют предположить, что доказательства того, что иглокожие являются ближайшими родственниками позвоночных, возможно, слабее, чем считалось долгое время.
Было решено проверить доказательства. Изменения в последовательностях ДНК генов происходили в различных линиях животного древа, действуя как запись их взаимоотношений. Использовался компьютер для сравнения последовательностей ДНК генов со всего животного мира, чтобы реконструировать эволюционное древо животных.
Чтобы увидеть, убедительно ли данные ДНК подтверждают тесную связь между позвоночными и иглокожими, рассмотрено количество изменений в ДНК, которые были обнаружены как у позвоночных, так и у иглокожих, но не у других животных. Эти общие характеристики, если они будут найдены, станут доказательством, подтверждающим близкие отношения.
Рассматривая около 5000 различных генов, можно сказать, что примерно на 70% ветвь протостомы имела больше уникальных изменений, поддерживающих ее, чем ветвь дейтеростомы. Это означает, что животные на ветви протостома разделяют множество уникальных изменений в своей ДНК – и поэтому эта ветвь очень хорошо подтверждается доказательствами ДНК. Тесная связь между позвоночными и иглокожими, напротив, подтверждается гораздо более слабыми доказательствами – у них относительно мало общих уникальных изменений ДНК.
Были испробованы различные схемы расположения позвоночных, иглокожих и протостомов: во-первых, классическое дейтеростомное дерево, связывающее позвоночных и иглокожих; во-вторых, дерево, в котором иглокожие более тесно связаны с протостомами, чем с позвоночными; и, наконец, дерево, в котором позвоночные более тесно связаны с протостомами, чем с иглокожими.
Стало очевидно, что для многих генов не было огромного количества изменений ДНК, поддерживающих любое из трёх деревьев. Из генного анализа, который показал очевидное предпочтение одной из трёх альтернатив, очень небольшое большинство генов показало более сильные доказательства для дерева дейтеростома, чем для двух других вариантов. Результаты предполагают, что три ветви – позвоночные, иглокожие и протостомы – отделились, друг от друга за короткий промежуток времени, а это означает, что не было времени для многих изменений в ДНК. Это означает, что теперь очень трудно определить, какое из трёх возможных деревьев, связывающих эти группы, является правильным.
Так почему же большинство предыдущих исследований ДНК поддерживали дерево с дейтеростомной группой, несмотря на то, что эксперименты показали, что это дерево мало чем отличается от двух альтернативных? Целью было выяснить, подвержены ли анализы ошибкам, которые могут возникнуть, когда разные отрасли эволюционируют с разной скоростью .
Чтобы выяснить это, проводилось компьютерное моделирование эволюции ДНК в соответствии с каждым сценарием. Начали со случайной синтетической последовательности ДНК, представляющей предковое животное . Этой последовательности ДНК было позволено развиваться путём накопления мутаций в соответствии с каждым из трёх деревьев.
Когда данные моделировались в соответствии с деревом дейтеростомы, всегда правильно воспроизводилось дерево. Однако при моделировании данных, соответствующих двум другим деревьям, дерево воспроизводилось не всегда правильно – иногда дерево дейтеростомы создавалось ошибкой. Эта ошибка была особенно распространена, когда учёные делали темпы эволюции в разных группах различными.
Этот результат предполагает, что в реальных данных ДНК может быть ошибка, которая заставила бы нас реконструировать дерево дейтеростомы, даже если бы оно было неверным. Ошибка может быть вызвана тем, что две группы дейтеростомов (позвоночные и иглокожие) эволюционируют медленнее, чем другие. Это сделало бы их более похожими друг на друга, чем на протостомы, даже если они на самом деле не являются ближайшими родственниками друг друга.
Учёные приходят к выводу, что уверенность в тесной взаимосвязи между позвоночными и иглокожими, которая существует в учебниках уже более века, неуместна.
Показано, что эта эволюционная проблема особенно трудна для решения и что мы, позвоночные, можем оказаться более тесно связанными с улитками и мухами, чем с морскими звёздами.
Дорогие мои читатели!
Я стараюсь рассказать Вам о разных сторонах нашей жизни, о новых открытиях и достижениях, об интересном и полезном.
Прошу Вас не лениться и оставлять комментарии, ведь Ваше мнение не менее важно для всех кто читает статью, и для меня в том числе.
Ставьте лайк, выражайте своё отношение к каналу.
Подписывайтесь, не теряйте его в массе других, если Вам интересно!
В статье, в том числе, использован материал « Are we more closely related to starfish or insects? ».