Используя крупнейший и наиболее информативный набор данных молекулярной филогенетики из когда-либо проанализированных, биологи-эволюционисты смогли построить новое филогенетическое древо челюстных позвоночных. Это новое дерево разрешает несколько ключевых отношений, которые остаются спорными, включая идентификацию двоякодышащих рыб как ближайших живых родственников наземных позвоночных. Эволюция челюстных позвоночных является частью нашей собственной истории, поскольку люди относятся к четвероногим, точнее, к млекопитающим или, еще точнее, к приматам. В исследовании использовался новый набор недавно разработанных анализов для создания и реконструкции крупномасштабных наборов геномных данных. В будущем этот метод также может быть использован для реконструкции эволюционных взаимоотношений между другими загадочными группами организмов, ожидающих разрешения. Исследование было проведено в рамках большой совместной работы нескольких лабораторий, главными исследователями в которой были биологи-эволюционисты доктор Икер Ирисарри и профессор Аксель Мейер из Констанцского университета. Результаты их исследований будут опубликованы в журнале Nature Ecology & Evolution в понедельник, 24 июля 2017 года.
Рыбы, земноводные, млекопитающие, змеи, черепахи, ящерицы, крокодилы и птицы - все это группы животных, включающие тысячи видов и морфологически сильно отличающиеся друг от друга. Эти линии животных демонстрируют огромные различия в видовом богатстве, истории жизни, поведении и многих других аспектах их биологии. Несмотря на эти различия, все они обладают позвоночником и челюстями. С момента своего появления около 470 миллионов лет назад челюстные позвоночные необычайно разнообразились: они включают более 68 000 описанных видов, не считая вымерших. Некоторые из них развили ключевые инновации, которые позволили их предкам в девонскую эпоху покинуть воду и завоевать земную среду на всех континентах. Они даже не раз учились летать.
Эволюция челюстных позвоночных также является частью нашей истории как людей. Таким образом, понимание эволюционных отношений между челюстными позвоночными было одной из главных нерешенных загадок в биологии. Несмотря на десятилетия исследований, попытки определить, как некоторые из этих групп животных связаны друг с другом, остаются трудными. Оценка надежного дерева, отображающего эволюционные отношения, является первым требованием для понимания эволюции, а также эволюции челюстных позвоночных. Их история включает удивительные примеры повторяющейся эволюции, такие как полет (у птиц и летучих мышей) и эхолокация (у летучих мышей и китов). Однако такую конвергенцию можно распознать только в том случае, если взаимоотношения между организмами оцениваются с уверенностью.
Исследование реконструирует новое филогенетическое древо челюстных позвоночных с использованием самого большого и наиболее информативного набора данных, который когда-либо анализировался. В общей сложности используется 7 189 генов из 100 видов, каждый из которых дает один миллион нуклеотидов, чтобы проследить их эволюционную историю. Вывод эволюционных связей с помощью статистических методов можно рассматривать как «молекулярную археологию», поскольку сигналы, оставленные эволюцией в ДНК наших геномов, используются для реконструкции событий, произошедших миллионы лет назад.
Новое дерево челюстных позвоночных решает несколько ключевых отношений, которые остаются спорными, несмотря на десятилетия исследований, включая идентификацию двоякодышащих рыб как ближайших живых родственников наземных позвоночных, тесную связь черепах с крокодилами и птицами (архозавры).), или отношения между группами амфибий (саламандры, лягушки, червяги) (подтверждая гипотезу Batrachia). Филогенетическое дерево было откалибровано по времени с использованием окаменелостей в качестве якорей, что позволило проверить временную связь диверсификации с основными геологическими событиями. Например, предполагалось, что две основные группы птиц и млекопитающих диверсифицировались в результате вымирания динозавров (67 миллионов лет назад). Новое исследование опровергает эту гипотезу, показывая, что обе группы на самом деле намного старше.
Сильная сторона исследования заключается в новом наборе подходов к анализу новых крупномасштабных наборов геномных данных. Недавно разработанный аналитический конвейер решает наиболее важные проблемы, связанные с новым набором данных геномного масштаба, и, таким образом, может использоваться для реконструкции эволюционных взаимоотношений других загадочных групп организмов, которые ждут своего решения.