Atklājumi.lv

e-žurnāls par zinātni, cilvēku un rītdienas tehnoloģijām

Jauns molekulāro datu pētījums precizē zīdītāju evolūcijas koku

Kad ir runa par evolūciju, gandrīz vienmēr kāds uzdod jautājumu: vai tiešām evolūcija ir pierādīta? Vai tiešām Darvina teorija nav apgāzta? Varam atbildēt - Darvina teorija tiešām nav apgāzta. Cita lieta, ka Darvina laikā zinātnieku rīcībā nebija tik daudz liecību, cik to ir mūsdienās, un tik daudzveidīgu iespēju dažādu faktu pārbaudei.

Tagad pierādījumi ir tik daudz un par tiem ir tik plaši rakstīts, ka evolucionisti jau nenodarbojas ar sabiedrības pārliecināšanu, ar teorijas pierādīšanu, bet ar tās precizēšanu, ar jaunu metožu izmantošanu šo faktu salīdzināšanai, jo dažādu zinātņu nozaru sasniegumu savstarpēja saskaņošana var apstiprināt vai, atkarībā no rezultāta, noliegt dažādus zinātnieku apgalvojumus vai priekšstatus.

Viena no evolūcijas problēmām, kas pašam Darvinam nebija skaidra, saistīta ar ziedaugu attīstību. Tagad arī šis jautājums ir noskaidrots, kā arī pierādīts, ka ziedaugu attīstībai bija liela nozīme zīdītāju evolūcijā.

Agrāk bija ļoti izplatīts viedoklis, ka zīdītāji varēja attīstīties tikai tad, kad izzuda dinozauri, jo tie bija aizņēmuši visas nišas – uz sauszemes, ūdenī un gaisā. Vēlāk parādījās dati, ka tomēr zīdītāji eksistēja jau tad, kad dinozauri vēl nebija izmiruši.

Tagad liela starptautiska zinātnieku grupa Marka Špringera (Mark S. Springer) un Viljama Mērfija (William J. Murphy) vadībā precizēja zīdītāju klases evolūciju, izmantojot lielu molekulāro datu apjomu (atsevišķu dzimtu molekulāros "pulksteņus") un salīdzinot tos ar paleontoloģijas datiem atsevišķi dažādiem zīdītāju zariem. Raksts par šiem pētījumiem publicēts žurnāla Science 28. oktobra numurā.

Šajā darbā bija izmantoti dati par 164 zīdītāju sugām, no tām 142 - patstāvīgas sugas, 16 – starpsugu hibrīdi, 6 – tuvradniecīgo ģinšu hibrīdi. Kopumā pārstāvētas 150 mūsdienu zīdītāju dzimtas, kas ir 97-99% no visām šīs klases dzimtām. Salīdzinājumam izmantoti piecu nezīdītāju pārstāvju genomu dati: divas putnu sugas un pa vienai vardes, zivs un ķirzakas sugai.

Filoģenētiskā koka uzbūvei tika izmantoti 26 DNS lokusi (1), kas saturēja 21 proteīnus kodējošu segmentu (apmēram 33000 bāzu pāri) un 5 netranslējamus genoma fragmentus (apmēram 2500 bāzu pāri). Daži no šiem datiem tika izmantoti arī agrāk līdzīgos pētījumos, bet daži – pirmoreiz.

Sākumā tika sastādīts koks katram DNS lokusam un aminoskābju secībai, bet tad tie tika salīdzināti, lai izveidotu kopējo variantu - superkoku, kas ietvertu maksimāli daudz datu. Rezultātā atrasts koka variants, kurā vairākums mezglu (sazarojuma vietu) saskan gan ar aminoskābju, gan ar nukleotīdu secībām. Tikai piecos mezglos konstatēta neatbilstība starp diviem datu komplektiem. Filoģenētiskais koks, kas tika izveidots pēc visiem šiem datiem (superkoks), atšķiras no iepriekšējām konstrukcijām, piemēram, no tās, kas bija publicēta 2007. gadā Olafa Binindas-Emondsa (Olaf R. P. Bininda-Emonds) ar līdzautoriem rakstā. Tik lielu datu saskaņu zinātnieki skaidro ar ļoti plašu datu klāsta izmantošanu.

Ar koka sastādīšanu darbs nebeidzas. Darba autori izanalizēja izveidoto koku, salīdzinot to ar laika skalu, izmantojot paleontoloģijas datus par dzimtu pārstāvjiem, ņemot vērā gan atradumu minimālo (konkrēta atraduma vecums), gan maksimālo vecumu, kas tika noteikts pēc ģeoloģiskā slāņa, kurā uziets atradums, zemākās robežas. Šādā veidā paveikta molekulārās evolūcijas ātruma datu kalibrēšana katrā zarā. Izrādās, ka šie ātrumi dažādos zaros var būt ļoti atšķirīgi, atbilstoši šiem datiem mezgli katrā zarā izvietoti savādāk, atbilstoši to veidošanās laikam katrā atsevišķā grupā. Rezultātā šajā darbā molekulārie dati nekonfliktē ar paleontoloģijas datiem, bet tos papildina.

Izmantojot šo jauno koku, izdevās izskaitļot zīdītāju klases dzimtu izmiršanas un jaunu veidošanās ātruma dinamiku.

Zinātnieki arī pārbaudīja 2007. g. izvirzītu, tā saukto "aizkavētās evolūcijas" hipotēzi, saskaņā ar kuru mūsdienu zīdītāju senči aptuveni pirms 50 miljoniem gadu salīdzinoši pēkšņi, iespējams, paleocēna beigās (pirms aptuveni 56 miljoniem gadu) notikušās arhaisko zīdītāju izmiršanas rezultātā, sadalījās virknē jaunu sugu. Šī pētījuma autori apgalvoja, ka pirms 65,5 milj. gadu notikusī masveida izmiršana zīdītāju diversifikāciju nav ietekmējusi.

Tomēr jaunā koka izpēte deva citus rezultātus. Izrādījās, ka dzimtu veidošanās dinamikā bija divi maksimumi – pirms 100 un 80 miljoniem gadu, kā arī neliels paātrinājums uz krīta un paleogēna robežas, bet eocēnā (pirms 55-50 miljoniem gadu) dzimtu veidošanas tempi bija stabili. Pirms 100 miljoniem gadu krīta perioda sauszemes revolūcijas (Cretaceous Terrestrial Revolution) laikā (2) izveidojās jaunas ekoloģiskās nišas, kuras izmantoja pirmo zīdītāju kārtu pārstāvji. Un šie dati labi saskan ar ziedaugu strauju attīstību pirms 125-80 miljoniem gadu, kas bija veicinošs faktors zīdītāju un putnu attīstībai. Vēlāk, krīta perioda beigās (Cretaceous-Paleogene (KPg)) pirms apmēram 65,5 miljoniem gadu kārtējā masveida izmiršana ietekmēja tālāku daudzveidības palielināšanos katrā kārtā.

Par labu šiem jaunajiem secinājumiem liecina primātu kārtas attīstības pētījumi. 2002. gadā žurnāla Nature 18. aprīļa numurā bija publicēts Čikāgas Fīlda muzeja (The Field Museum - http://fieldmuseum.org) zinātnieku raksts, kurā bija teikts, ka primāti parādījās jau pirms 85, nevis pirms 50-60 miljoniem gadu, kā līdz šīm tika apgalvots un skaidrots ar dinozauru izmiršanu un sekojošu ekoloģisko nišu atbrīvošanos pirms 65,5 miljoniem gadu, kad Zemē ietriecās milzīgs meteorīts. Kā toreiz atzīmēja akadēmiskās nodaļas viceprezidents Roberts Martins (Robert D. Martin), tikai paleontoloģijas datu kā arheoloģijas liecību izmantošana nedod pareizu rezultātu, jo seno primātu līdzšinējie atradumi liecina tikai par 5% no kādreiz eksistējošiem primātiem. Ir vajadzīgas citas metodes, tai skaitā arī statistiskās, lai novērtētu sugu veidošanās procesu un izstrādātu pareizu filoģenētisko evolūcijas koku. Šis jaunais darbs ir tieši tāds, par kura nepieciešamību runāja Roberts Martins.

Attēlā: pirms 125 milj. gadu Krīta periodā tagadējās Ķīnas teritorijā dzīvojošs somainis Sinodelphys. Publicitātes foto.

Avoti un literatūra:

Robert W. Meredith, Jan E. Janečka, John Gatesy, Oliver A. Ryder, Colleen A. Fisher, Emma C. Teeling, Alisha Goodbla, Eduardo Eizirik, Taiz L. L. Simгo, Tanja Stadler, Daniel L. Rabosky, Rodney L. Honeycutt, John J. Flynn, Colleen M. Ingram, Cynthia Steiner, Tiffani L. Williams, Terence J. Robinson, Angela Burk-Herrick, Michael Westerman, Nadia A. Ayoub, Mark S. Springer, William J. Murphy. Impacts of the Cretaceous Terrestrial Revolution and KPg Extinction on Mammal Diversification // Science. 2011. V. 334. P. 521–524. Doi: 10.1126/science.1211028.

Lloyd, G. T., Davis, K. E., Pisani, D., Tarver, J. E., Ruta, M., Sakamoto, M., Hone, D. W. E., Jennings, R., and Benton, M. J. 2008. Dinosaurs and the Cretaceous Terrestrial Revolution. Proceedings of the Royal Society, Series B 275, 2483-2490. doi:10.1098/rspb.2008.0715

Paskaidrojumi:

(1) DNS lokuss - no latīņu: locus - vieta. Specifiska kāda gēna vai DNS sekvences vieta hromosomā. DNS variāciju noteiktā lokusā sauc par alēli. Kāda zināma genoma lokusu kopums veido gēnu karti.

(2) Krīta sauszemes revolūcija - vidējā un vēlā Krīta perioda posms, kad, laikā pirms 125 līdz 80 miljoniem gadu notika salīdzinoši ļoti strauja daudzveidīgu ziedaugu, insektu, reptīļu, zīdītāju un putnu sugu veidošanās. Sākotnēji uzskatīja, ka šajā laikā tikpat lielu uzplaukumu piedzīvoja arī dinozauri, taču šobrīd, balstoties uz jaunākajiem pētījumiem (Lloyd et al. 2008) valda viedoklis, ka dinozauri, lai arī turpināja evolucionēt, tomēr nepiedzīvoja eksplozīvu specializāciju, jo, atšķirībā no citiem dzīvniekiem, nespēja pilnībā izmantot jaunās barības piedāvātās iespējas.