Исследователи пересматривают эволюцию птиц
Глобальное геномное исследование, использовавшее суперкомпьютер Gordon в Суперкомпьютерном центре Сан-Диего (Калифорнийский университет в Сан-Диего), заставило учёных пересмотреть представления о расхождении птичьих линий после вымирания динозавров.
Четырёхлетний проект Avian Genome Consortium, опубликованный в журнале Science, создал новое семейное «дерево» для почти всех 10 000 современных видов птиц. Для этого сравнили полные геномы 48 видов, включая попугая, пингвина, пушистого дятла и колибри Анны. Начатый в 2011 году, проект объединил более 200 исследователей из 80 институтов в 20 странах.
Филогенетический анализ на уровне генома для 48 видов рассмотрел примерно 14 000 генов. Это создало беспрецедентные вычислительные сложности по сравнению с исследованиями, основанными на нескольких десятках генов. Включение в сотни раз большего объёма генетических данных позволило выявить новые взаимосвязи между птицами.
«Характеризация геномного биоразнообразия через всесторонний отбор видов может изменить наше понимание эволюции», — написал Эрих Джарвис, ведущий автор исследования.
«Для 50 видов существует более 1076 возможных деревьев жизни. Для сравнения: во Вселенной около 1078 атомов», — отметил Андре Дж. Аберер из Гейдельбергского института теоретических исследований (HITS).
Многие вычисления были выполнены на суперкомпьютере Gordon с помощью нового кода ExaML (Exascale Maximum Likelihood), разработанного Александросом Стаматакисом. Этот код сочетает алгоритм RAxML с инновационным подходом к MPI-параллелизации, что повышает эффективность при работе с полногеномными наборами данных.
«В итоге на Gordon было затрачено более 400 000 процессоро-часов», — сказал Уэйн Пфайффер из SDSC.
Из-за масштаба проекта использовались высокопроизводительные вычисления (HPC) в девяти суперкомпьютерных центрах, включая несколько машин из среды XSEDE Национального научного фонда США: Ranger, Lonestar, Stampede и Nautilus.
Уточнение времени и филогенетических связей птиц важно не только для сравнительной геномики, но и для понимания человеческих признаков и болезней. Например, в исследование включили виды, способные к вокальному обучению (попугаи, колибри), которые могут служить моделями для изучения человеческой речи и речевых расстройств.