Шлюз CIPRES Science Gateway проясняет ветви «древа жизни» в эволюции
Новый веб-ресурс, разработанный в Суперкомпьютерном центре Сан-Диего (SDSC) при Калифорнийском университете в Сан-Диего, помогает тысячам исследователей по всему миру разгадывать загадки филогенетики — изучения эволюционных связей между практически всеми видами на планете.
Шлюз CIPRES Science Gateway (Cyber Infrastructure for Phylogenetic RESearch), созданный исследователями SDSC, позволяет проводить эти исследования за значительно более короткое время, не требуя понимания работы со сложными компьютерами. Учёные по всему миру бесплатно загружают свои данные через веб-браузер благодаря гранту Национального научного фонда (NSF).
CIPRES является частью программы NSF «Экстремальная научно-инженерная среда открытий» (XSEDE) и инициативы XSEDE Science Gateway, призванной обеспечить учёным широкий и лёгкий доступ к суперкомпьютерам.
Новые возможности для исследований
Шлюз и доступ к мощным суперкомпьютерам помогают отвечать на всё более сложные филогенетические вопросы.
«Шлюз CIPRES Science Gateway позволяет исследователям быстрее и эффективнее использовать всю эту новую информацию», — говорит Марк Миллер, руководитель проекта CIPRES Gateway. — «Наша команда рада, что поддержала более 300 публикаций филогенетических исследований, охватывающих виды из каждой ветви Древа Жизни».
Питер Нельсон, аспирант факультета ботаники и патологии растений Университета штата Орегон, отмечает, что это «важный дополнительный шаг в ведении науки» и «новая возможность для людей, у которых ещё нет грантовых денег, но которые хотят проводить значимые исследования — и вам не нужно покидать свой компьютер».
Нельсон изучает расхождение видов деревьев в Северной Америке. Он использует GenBank и другие базы данных последовательностей, но процесс настолько требователен к вычислениям, что его невозможно было бы выполнить на персональном компьютере.
Проливая новый свет на происхождение
Филогенетическая история каждого живого вида содержится в его ДНК. Шлюз CIPRES помогает учёным анализировать эволюционные связи, позволяя сравнивать сходства и различия в ДНК среди большого числа видов.
Такие исследования могут бросить вызов устоявшимся теориям. Например:
- Исследователи используют шлюз CIPRES для уточнения эволюции дикого винограда. Профессор ботаники Университета Флориды Дж. Ричард Эбботт и его соавторы сообщили в журнале Molecular Phylogenetics and Evolution (февраль 2012), что данные «указывают на то, что американские линии могут быть старше азиатских».
- Исследователи зоологии из Мельбурнского университета Эндрю Ф. Хьюгалл и Деви Стюарт-Фокс использовали шлюз для первого филогенетического анализа, подтверждающего теорию о том, что новые виды птиц возникают быстрее, когда у вида-предка наблюдается цветовая вариация оперения. В статье в журнале Nature (9 мая 2012) они сообщили, что скорость видообразования у так называемых цветовых полиморфных видов хищных птиц была почти в три раза выше, чем у сходных мономорфных видов.
Преодоление вычислительных барьеров
«Исторически исследования систематиков и эволюционных биологов были ограничены количеством доступных последовательностей ДНК в публичных базах данных, таких как GenBank», — говорит Марк Миллер. Современные технологии секвенирования ДНК генерируют данные так быстро, что их анализ на обычных ноутбуках может занимать недели.
«В научном сообществе существует огромная потребность в лёгком доступе к вычислительным ресурсам», — заключает Миллер. Чтобы удовлетворить этот спрос, его команда в SDSC и сотрудники по всей стране продолжают объединять новые методы вычислительной биологии с компьютерными науками.