Гены выживших видов не дали достоверной информации о вымираниях прошлого

Зашарь друзьям!

Stilianos Louca and Matthew Pennell / Nature, 2020

Надежно определять скорость появления новых видов и вымирания старых только по данным молекулярной филогенетики современных организмов невозможно, сообщается в Nature. Такой подход работает только для эволюционных событий, которые происходят в настоящее время или в совсем недалеком прошлом, а для остальных случаев нужно учитывать как минимум палеонтологический материал. Сомнения в чисто молекулярном подходе возникли уже давно, но теперь появилось их математическое обоснование.

Скорость диверсификации в группе организмов зависит от того, сколько новых видов в ней появилось за единицу времени (λ) и сколько их вымерло на том же промежутке (μ). Ее легко вычислить, если нам известны все виды, которые входили в интересующий нас таксон. Однако для некоторых групп почти не нашли ископаемых остатков, так что достоверно оценить их видовое разнообразие и его изменение в прошлом лишь по палеонтологическим находкам невозможно.

В 1994 году оксфордские биологи предложили рассчитывать скорость диверсификации таких проблемных групп по филогенетическим деревьям ныне существующих организмов — схемам, в которых указано родство различных видов в конкретной группе и отмечены точки, когда виды разошлись от общего предка. Они строятся на основании молекулярных данных. Примерно известно, с какой скоростью возникают определенные мутации в генах, и это позволяет определить время расхождения видов. Вымирания тоже могут отражаться на наследственном материале организмов. Поэтому теоретически по филогенетическим деревьям возможно определить количество видов внутри таксона, от которых произошел какой-нибудь из современных видов, и изменение этого параметра во времени.

Довольно быстро появились сомнения в точности такого подхода. Он должен неплохо работать, если λ, μ и их компоненты постоянны. Но они могут меняться, и один и тот же результат можно получить при подстановке разных чисел в качестве этих переменных. Если число видов, давших начало другим видам, резко выросло, установить причину этого изменения не получится: ситуация, когда существующие виды стали вымирать медленнее, и ситуация, когда новые виды стали появляться быстрее, будут выглядеть одинаково. То же верно и для случая, когда рост количества видов, чьи потомки дожили до наших дней, сильно замедлился.

Тем не менее, метод, описанный в 2004 году, используют и сейчас, и по данным молекулярной филогенетики современных организмов даже делают предположения о том, как климат и другие условия прошлого влияли на скорость вымираний. Существуют математические модели, которые позволяют определить рост числа видов, давших начало современным организмам, даже если λ и μ не константы.

Стилианос Лука (Stilianos Louca) и Мэтью Пеннелл (Matthew Pennell) из Канады и США попробовали описать изменение числа видов, от которых произошли ныне существующие организмы, и его зависимость от данных с конкретных филогенетических деревьев различными дифференциальными уравнениями. При этом они считали, что λ и μ могут меняться во времени, и в разных моделях задавали неодинаковые сценарии таких изменений.

Число видов в таксоне, которые дали начало ныне существующим организмам этой группы (a), не зависит от модели, по которой ее вычисляли. При этом скорости видообразования (b) и вымирания видов (c) в разных моделях неодинаковы и меняются по-разному. Скорости диверсификации (d) тоже различны

Stilianos Louca and Matthew Pennell / Nature, 2020

Оказалось, что непохожие уравнения дают одинаковые результаты. Скорости вымирания и появления новых видов, а с ними и скорости диверсификации могут существенно различаться, но число видов, которые имеют современных потомков, меняется во времени по одной и той же траектории независимо от того, с какого филогенетического древа современных организмов брать данные. Получается, что такие деревья дают информацию только о тех вымерших видах, которые стали чьими-то предками, а о тех, кто не оставил после себя потомков, они ничего не сообщают.

Таким образом одни лишь молекулярные данные о родстве современных организмов не могут дать целой картины того, как быстро шло видообразование у их вымерших предков, как часто виды исчезали и появлялись. Также получается, что на их основе не построить достоверных предположений о том, как на эволюцию конкретных таксонов влияли различные внешние события: изменение климата и так далее.

Авторы отмечают, что для полноты сведений необходимо использовать палеонтологические находки, где это возможно. Хотя эта мысль может показаться очевидной, расцвет молекулярно-генетических исследований в ущерб работам, которые задействуют классический биологический материал, подсказывает, что об этой идее ученым нужно периодически напоминать.

Филогенетические деревья постоянно перестраивают, поскольку появляются новые данные и пересматриваются те результаты, которые уже имеются. В 2015 году мы писали об одном из самых полных деревьев, содержащем 2,3 миллиона видов. Последнюю (на данный момент) его версию опубликовали 29 декабря 2019.

Светлана Ястребова

Случайная запись

Зашарь друзьям!
Похожее

Оставьте комментарий

Ваш электронный адрес не будет опубликован.