Новая технология ДНК пошатнула ветви эволюционного древа

Если вы не похожи на своих близких родственников, возможно, вы чувствовали себя отдельным от своей семьи. В детстве, во время особенно бурных ссор, вы могли даже надеяться, что это признак того, что вас усыновили.

Как показывает наше новое исследование, внешность может быть обманчива, когда речь идет о семье. Новая технология ДНК всколыхнула родословные многих растений и животных.

Приматы, к которым относится человек, когда-то считались близкими родственниками летучих мышей из-за некоторого сходства наших скелетов и мозга. Однако теперь данные ДНК помещают нас в группу, включающую грызунов (крыс и мышей) и кроликов. Удивительно, но летучие мыши оказались более близкими родственниками коров, лошадей и даже носорогов, чем мы.

Ученые во времена Дарвина и на протяжении большей части 20-го века могли определить ветви эволюционного древа жизни, только изучая строение и внешний вид животных и растений. Формы жизни группировались по сходству, считалось, что они развивались вместе.

Около трех десятилетий назад ученые начали использовать данные ДНК для построения "молекулярных деревьев". Многие из первых деревьев, основанных на данных ДНК, расходились с классическими.

Раньше считалось, что ленивцы и муравьеды, броненосцы, панголины (чешуйчатые муравьеды) и арардавры относятся к группе edentates ("беззубые"), поскольку у них есть общие черты анатомии.

Молекулярные деревья показали, что эти черты развивались независимо в разных ветвях дерева млекопитающих. Оказалось, что аардварки более близки к слонам, а панголины - к кошкам и собакам.

Есть еще одно важное доказательство, которое было знакомо Дарвину и его современникам. Дарвин заметил, что животные и растения, имеющие наиболее близкое общее происхождение, часто встречаются географически близко друг к другу. Местонахождение видов является еще одним убедительным показателем их родства: виды, живущие рядом друг с другом, с большей вероятностью имеют общую родословную.

Впервые в нашей недавней работе были сопоставлены данные о местонахождении, ДНК и внешнем виде целого ряда животных и растений. Мы рассмотрели эволюционные деревья на основе внешнего вида или на основе молекул для 48 групп животных и растений, включая летучих мышей, собак, обезьян, ящериц и сосны.

Эволюционные деревья, основанные на данных ДНК, на две трети чаще совпадали с местонахождением вида по сравнению с традиционными картами эволюции. Другими словами, предыдущие деревья показывали, что несколько видов были связаны между собой на основе внешнего вида.

Наше исследование показало, что вероятность того, что они живут рядом друг с другом, гораздо ниже по сравнению с видами, связанными на основе данных ДНК.

Может показаться, что эволюция бесконечно изобретает новые решения, почти без ограничений. Но у нее в рукаве меньше хитростей, чем вы думаете.

Животные могут выглядеть удивительно похожими, потому что они эволюционировали, чтобы выполнять схожую работу или вести схожий образ жизни. Птицы, летучие мыши и вымершие птерозавры имеют или имели костяные крылья для полета, но у всех их предков были передние лапы для ходьбы по земле.

Выше: Цветовые колеса и ключ указывают, где географически встречаются представители каждого порядка. На молекулярном дереве эти цвета сгруппированы лучше, чем на морфологическом, что указывает на более тесное соответствие молекул биогеографии.

Сходные формы крыльев и мускулатуры развивались в разных группах, потому что физика создания тяги и подъемной силы в воздухе всегда одинакова. То же самое происходит и с глазами, которые, возможно, эволюционировали у животных 40 раз и имеют всего несколько основных "конструкций".

Наши глаза похожи на глаза кальмара: хрусталик, радужная оболочка, сетчатка и зрительные пигменты. Кальмары более близкие родственники улиток, слизней и моллюсков, чем мы. Но многие из их родственников-моллюсков имеют лишь простейшие глаза.

Кроты эволюционировали как слепые, норовистые существа по меньшей мере четыре раза, на разных континентах, на разных ветвях древа млекопитающих. Австралийские сумчатые кроты (более близкие к кенгуру), африканские золотые кроты (более близкие к аардваркам), африканские кроты (грызуны), а также евразийские и североамериканские тальпидные кроты (любимые садоводами и более близкие к ежам, чем другие "кроты") - все они развивались по сходному пути.

Истоки эволюции

До появления в 21 веке дешевой и эффективной технологии секвенирования генов внешний вид - это, как правило, все, на что опирались биологи-эволюционисты.

Хотя Дарвин (1859) показал, что все живое на Земле связано единым эволюционным древом, он мало что сделал для того, чтобы наметить его ветви. Анатомик Эрнст Геккель (1834-1919) был одним из первых, кто нарисовал эволюционные деревья, пытавшиеся показать, как связаны между собой основные группы форм жизни.

На рисунках Геккеля были сделаны блестящие наблюдения за живыми существами, которые оказали влияние на искусство и дизайн в XIX и XX веках. Его родословные были почти полностью основаны на том, как эти организмы выглядели и развивались в виде эмбрионов. Многие из его идей об эволюционных взаимоотношениях сохранялись до недавнего времени.

По мере того, как становится все проще и дешевле получать и анализировать большие объемы молекулярных данных, нас ждет еще много сюрпризов.The Conversation

Мэтью Уиллс, профессор эволюционной палеобиологии в Центре эволюции Милнера, Университет Бата.