Подавляющие данные крупнейшего из когда-либо проводившихся эволюционных исследований последовательностей генов показывают, что основные группы млекопитающих появились задолго до вымирания динозавров, согласно исследователям из Пенсильванского университета Судхиру Кумару, докторанту, и С. Блэру Хеджесу, адъюнкт-профессор биологии, чье исследование будет опубликовано в номере журнала Nature от 30 апреля 1998 г.
«Эволюция млекопитающих, по-видимому, происходила постепенно за счет изоляции размножающихся групп, когда континенты распались, а не за счет быстрого заполнения экологических ниш, оставшихся вакантными после вымирания динозавров», - говорит Хеджес. Массовое исследование генов предполагает, что современные отряды млекопитающих впервые возникли, когда континенты разделялись в меловой период около 100 миллионов лет назад - намного раньше, чем некоторые предыдущие оценки, основанные на исследованиях окаменелостей, которые связывают эволюционное событие с массовыми вымираниями 65 миллионов лет назад..
«Это первый раз, когда мы смогли оценить, когда все эти формы жизни появились на Земле», - говорит Хеджес. «Окаменелости не могут дать нам эту информацию, отчасти потому, что существуют огромные периоды истории Земли, в которых было обнаружено недостаточно окаменелостей, чтобы сделать надежные оценки».
Чтобы оценить темпы эволюции, Кумар и Хеджес изучили растущую коллекцию последовательностей генов, которая накапливалась в Genbank, общедоступных генетических базах данных, поддерживаемых Национальным институтом здравоохранения. «За последние несколько лет произошел огромный взрыв в количестве известных последовательностей генов, поэтому у нас было в десять раз больше данных для работы, чем всего два года назад», - говорит Хеджес, опубликовавший аналогичный, но гораздо меньший объем данных. учеба с Кумаром и другими в 1996 году.
Ученые просеяли многие тысячи последовательностей генов позвоночных от сотен видов, чтобы найти те, в которых мутации развиваются с постоянной скоростью с течением времени, что Кумар и Хеджес использовали как тиканье молекулярных часов, чтобы проследить историю каждого вида. вид вернулся к своему происхождению.
Хеджес говорит, что, в отличие от использования последовательностей генов, использование окаменелостей для оценки того, когда два вида произошли от их последнего общего предка, неизбежно приводит к недооценке. «Структура тела окаменелого животного должна была развиться в какой-то более ранний период до его жизни - во многих случаях это было много поколений и много миллионов лет назад. Но гены другие - их часовые мутации начинают отсчитываться, как только по мере развития нового вида молекулярные часы возвращают вас к фактическому времени происхождения».
Исследователи обнаружили, что их молекулярные часы дают даты происхождения, аналогичные тем, которые основаны на датировании окаменелостей для многих видов, но для других генетические подсказки ведут к гораздо более раннему времени. Например, Хеджес говорит, что «летопись окаменелостей грызунов говорит, что мышь и крыса разделились всего 10 миллионов лет назад, но в этом исследовании у нас есть 343 гена, говорящих нам, что мышь и крыса отделились от своего последнего общего предка 41 миллион лет назад - четыре раза». "Похоже, в летописи окаменелостей грызунов есть серьезные пробелы", - говорит Хеджес.
Сравнивая отдельные гены у пар видов, исследователи идентифицировали 658 генов у 207 видов позвоночных, которые накапливали мутации с довольно постоянной скоростью по отношению друг к другу в ходе своей эволюции. Затем ученые откалибровали эти молекулярные часы по эволюционному событию, хорошо установленному исследованиями окаменелостей - расхождению птиц и млекопитающих около 310 миллионов лет назад. «Часы бесполезны, если они не откалиброваны на время, с которым согласны все, - объясняет Хеджес, - и почти все согласны с датой появления рептильных предков птиц и млекопитающих, потому что она основана на общепринятых представлениях». исследования окаменелостей.«Используя эту дату в качестве надежной точки калибровки, а частоту мутаций для каждого из генов с постоянной скоростью в качестве устройства для измерения времени, исследователи смогли определить, как давно возник каждый отряд позвоночных».
«Мы собрали много данных, отсортировав все последовательности генов в Genbank, чтобы найти те, которые соответствуют нашим критериям», - говорит Кумар. «Единственный способ, которым мы могли так быстро проанализировать все данные, - это использовать «биоинформатический» подход», - говорит он, объясняя, что они использовали компьютеры, а также ручные методы для сравнения тысяч последовательностей генов и проверки их на постоянство скорости с использованием различных методов. параметры. «Очевидно, что это крупнейшее эволюционное исследование последовательностей генов, когда-либо проводившееся для оценки происхождения столь многих видов», - комментирует Кумар.
Очень мало окаменелостей, напоминающих современных млекопитающих или других позвоночных, было найдено в породах, образовавшихся в меловой период, говорит Хеджес, отчасти потому, что палеонтологи почти никогда не ищут млекопитающих в таких древних породах.«До сих пор не было достаточно убедительных доказательств, чтобы палеонтологи могли вкладывать свое время и деньги в поиски окаменелостей млекопитающих до того, как вымерли динозавры», - говорит Хеджес. Кроме того, многие ученые считают, что большое количество видов возникло внезапно в самом конце мелового периода.
Хеджес надеется, что в результате этого исследования палеонтологи теперь начнут поиск позвоночных в геологических слоях, где они никогда раньше не искали. «Мы утверждаем, что млекопитающие определенно жили на Земле в меловой период от 70 до 100 миллионов лет назад. Мы еще не знаем, как они выглядели, но по генам их потомков мы теперь знаем, что они там были».
- B K K
ДЛЯ СВЯЗИ С ИССЛЕДОВАТЕЛЯМИ ОБРАЩАЙТЕСЬ:
Барбара К. Кеннеди, (офис) 814-863-4682, (домашний) 814-238-7633, [email protected]
ИЛЛЮСТРАЦИЯ:
Иллюстрация, сопровождающая этот пресс-релиз, доступна во всемирной паутине в формате PDF для печати (Adobe Acrobat) по адресу:
www.bio.psu.edu/faculty/hedges/news/news96.htm
Подпись к иллюстрации: Молекулярные часы показывают, что основные группы млекопитающих возникли задолго до вымирания динозавров.