Ископаемые моллюски выявили ошибки в расчётах эволюционных деревьев

Массовое вымирание на границе перми и триаса около 250 млн лет назад, известное как "Великое вымирание", уничтожило почти всю жизнь на Земле. Учёные моделируют последствия таких событий, чтобы понять реакцию жизни на вызовы. Однако новое исследование показывает, что распространённая методология может искажать картину того, какие виды и линии выживают, а какие исчезают.

Опубликованное 1 декабря в Proceedings of the Royal Society B, исследование проанализировало сотни видов ископаемых двустворчатых моллюсков, чтобы построить подробное эволюционное дерево за сотни миллионов лет. Учёные из Чикагского университета и их коллеги обнаружили, что одно базовое допущение в большинстве моделей может значительно искажать эволюционную картину, занижая масштабы восстановления после массового вымирания до 400%.

Это допущение заключается в том, что при появлении нового вида линия разделяется (forking) на два новых вида, а исходный вид считается вымершим (например, вид A → виды B и C). Однако возможно, что новая линия может отпочковаться (budding) от существующей, при этом исходный вид продолжает существовать (вид A → виды A и B).

"В зависимости от того, какие допущения заложены в модель, можно получить две совершенно разные картины", — говорит Дэвид Яблонски, старший автор статьи.

"Эти эволюционные деревья содержат ответы на множество важных вопросов. Они лежат в основе почти всех современных эволюционных исследований. Чтобы говорить об эволюции осмысленно, нам нужно точно знать, когда линии возникают и когда вымирают", — отмечает Ник Крауч, ведущий автор исследования.

Сравнение данных

Учёные создали всеобъемлющую картину эволюции двустворчатых моллюсков (97 основных семейств за 525 млн лет), основываясь на их хорошей летописи окаменелостей. Затем они сравнили результаты моделирования с допущением о разделении (стандартным для многих ДНК-исследований) и с допущением об отпочковании.

Разница оказалась значительной. Допущение о разделении имеет тенденцию сдвигать происхождение новых линий в более раннее время, чем показывает летопись окаменелостей. Это особенно проблематично для периодов массовых вымираний, так как подход "разделения" скрывает истинные последствия вымирания и последующего восстановления.

"Из окаменелостей мы видим резкий эволюционный всплеск после массового вымирания... Но подход "разделения" заставляет эту диверсификацию казаться более ранней и медленной, чем она была на самом деле", — поясняет Яблонски.

Например, для вымирания на границе мезозоя (исчезновение динозавров) метод "разделения" показывает появление 7 основных новых линий, тогда как летопись окаменелостей указывает на 28. Это четырёхкратная разница.

Использование модели, допускающей отпочкование, дало картину, гораздо лучше соответствующую ископаемой летописи.

Исследование, финансируемое NASA и NSF, подчёркивает важность междисциплинарного сотрудничества для таких сложных анализов. Полученные результаты помогут улучшить все исследования эволюционных деревьев на основе ДНК, особенно для групп с плохой летописью окаменелостей (мхи, кальмары, птицы).