Элементы Элементы большой науки

Поставить закладку

Напишите нам

Карта сайта

Содержание
Энциклопедия
Новости науки
LHC
Библиотека
Видеотека
Книжный клуб
Задачи
Детские вопросы
Плакаты
Научный календарь
Наука и право
ЖОБ
Наука в Рунете

Поиск

Подпишитесь на новости науки


 
(на Subscribe.ru)



Библиотека

 
П. Квартальнов
Пернатый букварь


В. Зинов, Г. Эрлих
В зеркале патентной статистики


Д. Рогаткин
Сказки о биорезонансе


А. Новичонок
10 фактов о кометах


Н. Резник
Занятия спящего мозга


Д. Тихонов
Яды против ионных каналов


И. Леенсон
Эрнест Резерфорд: штрихи к портрету


Д. Вибе
Химия в космосе


А. Григорьев, Н. Мышкин
Твердые смазки


С. Комаров
Нефть и будущее







Главная / Новости науки версия для печати

Игуаны голосуют против молекулярной филогенетики


Комодский варан

Рис. 1. Комодский варан — самая крупная ящерица в мире, весит около центнера и достигает длины трех метров. Несмотря на устрашающий облик, отсылающий нас к древним рептилиям-гигантам, этот вид имеет все черты продвинутых представителей отряда чешуйчатых: раздвоенный язык, когти, используемые для добывания пищи, развитые органы обоняния и так далее. Изображение с сайта www.thetravelword.com

Одновременно опубликованы две работы, касающиеся филогении чешуйчатых (ящериц, змей, амфисбен и их родичей). Одна из них реконструирует молекулярную эволюцию ядерных генов, вторая — сравнивает морфологические признаки вымерших и ныне живущих представителей. Два филогенетических дерева оказались принципиально несхожи. В особенности это касается игуан, имеющих множество примитивных черт, но оказавшихся на молекулярном дереве среди своих продвинутых четвероюродных кузин. Этот методологический конфликт пока не удается разрешить.

Современная биология, кажется, уверенно и надежно вооружилась методами молекулярной филогенетики. Морфологические и сравнительно-анатомические изыскания рассматриваются некоторыми молодыми биологами как области, отжившие свой век, а систематиков, продолжающих их использовать, считают отслужившими свою службу узкими специалистами. Зачастую передовая молодежь имеет полное право так считать, потому что во многих случаях данные молекулярной филогенетики выявляют замаскированные конвергенцией расхождения или, напротив, сглаживают чересчур подчеркнутую адаптациями морфологическую разницу.

Так, на основе молекулярного сходства пересмотрена и принята новая систематика членистоногих, вычеркнувшая многощетинковых червей из предков этого типа, уточнены филогенетические связи китов с парнокопытными и многое другое. Если между морфологической и молекулярной филогенетикой обнаруживается нестыковка, то она решается в пользу молекулярного дерева. Молекулярное дерево строится на основе понятных и объективных критериев, экспертные мнения здесь не работают. Кроме того, это методы двадцать первого века, а не замшелого девятнадцатого. Однако в случае с филогенетикой чешуйчатых (Squamata) ученым предстоит как следует задуматься, какой вариант филогенеза предпочесть.

Хамелеон

Рис. 2. Хамелеоны — одна из четырех групп игуанообразных (еще игуановые, агамы и анолисы). Их язык цельный и служит самым ярким примером пищедобывательного инструмента. Он помогает реализовать выжидательную стратегию, характерную для медлительных игуанообразных. С этой стратегией связаны и многие морфологические черты их челюстного аппарата. Изображение с сайта goodnewsanimal.ru

Джон Вайенс из Университета штата Нью-Йорк в Стони-Бруке и его коллеги опубликовали статью, в которой обсуждается вариант филогенетического дерева, построенного на базе 44 ядерных генов, определенных у 161 вида ящериц, змей и игуан. В качестве внешней группы рассматривались гаттерии. Это самая близкая, но всё же отдельная эволюционная линия клювоголовых рептилий. Кроме гаттерий авторы примерили к своему дереву и другие внешние группы — мышь, человека, черепах и крокодилов.

Внешняя группа (см. Outgroup) — это близкая изучаемым группам, но отдельная группа живых организмов. При сравнении внешней группы с изучаемыми можно определить вектор эволюционного маршрута от последнего гипотетического общего предка, не обладающего тем или иным признаком, к видам, его приобретшим. Подробнее об этом см. филогенетическое дерево.

При построении филогенетических деревьев могут быть использованы и вариации нуклеотидных последовательностей, и конкретные морфологические черты изучаемых видов. В данном случае ученые работали с нуклеотидными последовательностями, применив два различных метода определения оптимальной топологии деревьев, два метода обработки характеристик сходства последовательностей. Несмотря на то что в некоторых узлах деревья, построенные двумя этими способами, различались, всё же их общая конструкция была единообразной. И на этом обобщенном молекулярном филогенетическом дереве наиболее примитивными представителями чешуйчатых оказываются вовсе не игуаны, как утверждала классическая точка зрения. Напротив, игуаны, или, точнее, игуанообразные, заняли вполне прочное (с точки зрения статистики, конечно) положение среди весьма специализированных змей и веретеницеобразных (Anguimorpha) (рис. 3).

Этому дереву противопоставляется другое, выполненное мастерами сравнительной анатомии, использовавшими для построения дерева морфологические признаки. Возглавлял команду зоологов Жак Готье (Jacques A. Gauthier) из Йельского университета. Их данные также выглядели на редкость впечатляюще: 192 тщательно отобранных вида, из которых 51 вымерший и 141 существующий ныне. У этих видов изучены 610 фенотипических признаков, распределенных по 976 точкам ветвления филогенетического древа. Внешней группой зоологи и в этом случае выбрали гаттерию. Также, как и в молекулярном дереве, была построена кладограмма сходства организмов, обладающих конкретными наборами признаков. Многие из этих признаков анализировались впервые, так как оказались доступны только благодаря использованию томограмм черепов.

Лейтмотивом этого исследования был вопрос: могут ли новые уточненные и расширенные данные по морфологии разрешить «игуановый конфликт», хоть как-то согласовать неожиданно высокое положение внешне примитивных игуан на эволюционном дереве чешуйчатых? Всё же их примитивные признаки, такие как цельный язык, используемый для ловли добычи, превосходное зрение и неразвитое обоняние, территориальность самцов, — отправляют игуан в начало филогенетического дерева.

Два филогенетических дерева ящериц

Рис. 3. Два филогенетических дерева ящериц: справа — построенное по молекулярным данным, слева — по морфологическим признакам. Наиболее возмутительный конфликт этих деревьев относится к игуанообразным — они выделены красным. Изображение из обсуждаемой статьи в Science

Несмотря ни на что, старое морфологическое дерево не разрушилось, не изменилось, а, напротив, стало еще крепче. Игуаны, как и в прежних, классических схемах, поместились в стволе филогенетического дерева чешуйчатых. Свои примитивные признаки они, как показывает это дерево, унаследовали от общего с гаттериями предка. Змеи и веретеницы отправились в высокие ветви филогенетического древа, где они делят с другими ящерицами специализированные признаки: раздвоенный язык, используемый для активной пищедобывательной стратегии, когти, участвующие в поимке добычи, отсутствие территориальности, сильно развитые обонятельный и вомероназальный органы, специализированное сочленение челюстей с черепом и так далее.

Скорость молекулярной эволюции у гаттерии

Рис. 4. Скорость молекулярной эволюции у гаттерии — древнейшего вида рептилий возрастом около 220 млн лет, единственного ныне живущего представителя отряда Клювоголовых. Изображение из обсуждаемой статьи в Trends in Genetics

Если принять молекулярную филогению, то придется признать, что эволюция повернула вспять, чтобы произвести игуан. Слишком уж много получается реверсий — возвратов к примитивным чертам. И слишком много у игуан оказывается потерянных по ходу развития продвинутых черт, причем из разных функциональных морфологических блоков. Нужно учитывать, что есть еще и данные онтогенеза, и данные по ископаемым формам. И все они поддерживают морфологическое филогенетическое древо, а не молекулярное.

По всей видимости, ящерицы в целом и игуаны в частности заставляют нас получше присмотреться к специфике молекулярной эволюции. В ней можно и нужно увидеть черты конвергентного сходства, такого же, как и в эволюции морфологической. Можно также выяснить, какова роль более высокой скорости молекулярной эволюции у змей и игуан по сравнению с другими линиями ящериц. Может оказаться, что внешняя группа вносит систематическую ошибку в расчеты молекулярных маршрутов, ведь гаттерии — это самый быстро эволюционирующий вид из всех известных (рис. 4). Так или иначе, в случае с ящерицами не срабатывает по тем или иным причинам именно молекулярная филогенетика, а аккуратные морфологические данные вместе с палеонтологическими дают более осмысленный результат.

Источники:
1) Jennifer M. Hay, Sankar Subramanian, Craig D. Millar, Elmira Mohandesan and David M. Lambert. Rapid molecular evolution in a living fossil // Trends in Genetics. 2008. V. 24. P. 107–109.
2) John J. Wiens, Carl R. Hutter, Daniel G. Mulcahy, Brice P. Noonan, Ted M. Townsend, Jack W. Sites Jr, Tod W. Reeder. Resolving the phylogeny of lizards and snakes (Squamata) with extensive sampling of genes and species // Biol. Lett. 2012. V. 8. P. 1043–1046.
3) Jacques A. Gauthier, Maureen Kearney, Jessica Anderson Maisano, Olivier Rieppel, Adam D. B. Behlke. Assembling the Squamate Tree of Life: Perspectives from the Phenotype and the Fossil Record // Bulletin of the Peabody Museum of Natural History. 2012. V. 53.
4) Jonathan B. Losos, David M. Hillis, Harry W. Greene. Who Speaks with a Forked Tongue? // Science. 2012. V. 338, P. 1428–1429.

Елена Наймарк

Последние новости: Систематика, Эволюция, Методология науки, Елена Наймарк

24 ноября
Монополизация самок самцами способствует детоубийству, женская сексуальная свобода препятствует ему
21 ноября
Переносчиков желтой лихорадки стал привлекать запах человека из-за изменений в одном гене
17 ноября
Генетическое разнообразие популяции связано обратной зависимостью с уровнем заботы о потомстве
11 ноября
Коллективисты и жулики приходят к соглашению — так формируется сложный жизненный цикл
10 ноября
Снижение разнообразия хищников и длительная изоляция делают островных ящериц менее осторожными
6 ноября
Найден древний круглый червь с остатками конечностей
5 ноября
Потери и обретения в мире амфибий
3 ноября
Созданы рибозимы, синтезирующие зеркальные копии самих себя
29 октября
Микроскоп XXI века: молекулы живой клетки в режиме реального времени
27 октября
Геном древнего обитателя Западной Сибири проливает свет на историю заселения Евразии


Астрономические наблюдения недели

Новости науки почтой (рассылка на Subscribe.ru):

 

Новости науки по темам: антропология, археология, астрономическая научная картинка дня, астрономия, биология, биотехнологии, генетика, геология, затмения, информационные технологии, космос, лингвистика, математика, медицина, нанотехнологии, наука в России, наука и общество, Нобелевские премии, палеонтология, Первое апреля, психология, технологии, физика, химия, эволюция, экология, энергетика, этология

Новости науки по авторам: Дарья Баранова, Вера Башмакова, Александр Бердичевский, Максим Борисов, Варвара Веденина, Александр Венедюхин, Михаил Волович, Михаил Гарбузов, Алексей Гиляров, Дмитрий Гиляров, Сергей Глаголев, Николай Горностаев, Юрий Ерин, Анастасия Еськова, Андрей Журавлёв, Дмитрий Замолодчиков, Игорь Иванов, Вячеслав Калинин, Мария Кирсанова, Дмитрий Кирюхин, Александр Козловский, Юлия Кондратенко, Артем Коржиманов, Ольга Кочина, Виталий Кушниров, Иван Лаврёнов, Алексей Левин, Андрей Логинов, Сергей Лысенков, Лейла Мамирова, Александр Марков, Мария Медникова, Вадим Мокиевский, Григорий Молев, Максим Нагорных, Елена Наймарк, Петр Петров, Александр Пиперски, Константин Попадьин, Сергей Попов, Роман Ракитов, Татьяна Романовская, Александр Самардак, Александр Сергеев, Андрей Сидоренко, Даниил Смирнов, Дарья Спасская, Любовь Стрельникова, Алексей Тимошенко, Мария Шнырёва, Сергей Ястребов, Светлана Ястребова

Новости науки по месяцам: 2014 XI, X, IX, VIII, VII, VI, V, IV, III, II, I  2013 XII, XI, X, IX, VIII, VII, VI, V, IV, III, II, I  2012 XII, XI, X, IX, VIII, VII, VI, V, IV, III, II, I  2011 XII, XI, X, IX, VIII, VII, VI, V, IV, III, II, I  2010 XII, XI, X, IX, VIII, VII, VI, V, IV, III, II, I  2009 XII, XI, X, IX, VIII, VII, VI, V, IV, III, II, I  2008 XII, XI, X, IX, VIII, VII, VI, V, IV, III, II, I  2007 XII, XI, X, IX, VIII, VII, VI, V, IV, III, II, I  2006 XII, XI, X, IX, VIII, VII, VI, V, IV, III, II, I  2005 XII, XI, X, IX, VIII, VII, VI, V, IV, III, II, I 


Научные новости у наших партнеров: «Биомолекула», «В мире науки», «Вокруг света», Газета.ру, Грани.ру, Лента.ру, «Наука и жизнь», «Популярная механика», Gzt.ru

 


при поддержке фонда Дмитрия Зимина - Династия