Ученые из Констанцского университета уточнили дерево для челюстных позвоночных животных, используя транскриптомные данные ста разных видов.
Они выяснили, в том числе, расположение на филогенетическом дереве ряда групп, уже долгое время вызывающих вопросы, в том числе, черепах, двоякодышащих рыб и саламандр. Статья с исследованием была опубликована в журнале Ecology&Evolution.
Изучение эволюционных взаимоотношений различных организмов всегда приковывало к себе внимание ученых. Филогенетические деревья помогают исследовать такие важные процессы как адаптивная радиация или конвергентная эволюция. Для построения деревьев родства используются различные данные, в том числе морфологические и генетические. Сейчас, помимо отдельных генов и геномов, в филогенетическом анализе используют и транскриптомы (совокупность РНК клеток). Эта наука называется филотранскриптомикой и, как утверждают авторы данной статьи, она помогает разрешить некоторые споры, которые не могла решить филогеномика.
Филогенетические взаимоотношения позвоночных животных – это в том числе и часть истории развития человека, как представителя позвоночных тетрапод. Тип позвоночных животных включает в себя больше 68 тысяч видов. В данном исследовании ученые занимались челюстноротыми позвоночными (Gnathostomata). К ним относится большая часть позвоночных (за исключением миксин, миног и ряда вымерших классов) – рыбы, амфибии, рептилии, млекопитающие и птицы. Появились позвоночные около 470 миллионов лет назад. Процесс видообразование шел у них с самого начала довольно интесивно, поэтому понять их родственные отношения бывает достаточно сложно. Некоторые виды, кроме того, обладают общими признаками, находясь при этом на разных ветвях филогенетического дерева. Например, и птицы, и летучие мыши обладают способностью летать, а летучие змеи и киты используют эхолокацию.
В новой работе учёные взяли транскриптомы для 100 видов челюстных позвоночных, включая 23 вида, для которых транскриптомы не были изучены ранее. Они выбрали 7189 генов, по которым построили филогенетическое дерево, откалиброванное по важным геологическим событиям. Метод построения деревьев по ДНК или РНК называют «молекулярной археологией», потому что он позволяет отслеживать эволюционные изменения во времени. Исследуя эти изменения, можно реконструировать события, произошедшие миллионы лет назад. Ученые воспользовались рядом биоинформатических инструментов, позволяющих оптимизировать метод: так, им удалось учитывать загрязнения образцов и роль генов-паралогов, игнорировать плохо отсеквенированные участки, а также, с помощью скрытых марковских моделей, минимизировать роль неправильно аннотированных генов. Ученые отмечают, что этот метод можно использовать для реконструкции эволюционных взаимоотношений не только между позвоночными, но и любыми другими живыми организмами.
Выяснилось, что размеры генома не влияли на скорость эволюции и видообразование. Кроме того, раньше считалось, что на размеры генома влияет количество небольших инсерций и делеций (indels), но в данном исследовании значимой корреляции не наблюдалось в этом отношении ни в кодирующей, ни в некодирующей областях.
Полученное дерево позволило предположить, что основные группы хрящевых и лучеперых рыб появились в ордовикском периоде раньше, чем показывали прежние филогенетические исследования, что соответствует недавним палеонтологическим работам. То же самое касается черепах и птиц из раннего мелового периода. Черепахи оказались сестринской группой по отношению к крокодилам и птицам, а их роль в качестве самостоятельной группы анапсид оказалась опровергнута. У исследователей получилось также разрешить спор о двоякодышащих рыбах, которых оказались близкими родственниками сухопутных позвоночных (при этом гипотеза о том, что лопастеперые рыбы к ним ближе, не подтвердилась). Амфибии оказались монофилетической группой, а не парафилетической, как считали некоторые исследователи. Древнейшими видами саламандр оказались представители группы Andrias, а не сирены.
Задачу понять и отследить происхождение видов и их родственные связи ставят перед собой многие ученые. Недавно мы рассказывали о представленном предварительном варианте «Древа жизни» в рамках масштабного филогенетического проекта, включающего данные более чем для 2,3 миллионов видов живых организмов.
Авторы: Надежда Потапова и Анна Казнадзей