Новые инструменты фильтруют шум в данных об эволюции

Новый анализ показывает, что кажущееся ускорение темпов эволюции на коротких временных промежутках может быть вызвано статистическим шумом в данных. Профессор Университета Теннесси в Ноксвилле и его коллега разработали инструменты, помогающие исследователям фильтровать эти данные.

«Наша работа — важный шаг в демонстрации того, насколько существенно ошибка может влиять на оценки темпов», — заявил профессор Брайан О’Меара с кафедры экологии и эволюционной биологии.

Он работал с профессором Джереми Боли, бывшим постдоком в UT, а ныне доцентом Университета Арканзаса. Исследование опубликовано 13 сентября в PLOS Computational Biology.

«Меня давно интересовали странные закономерности в скоростях диверсификации, особенно наблюдение, что недавно возникшие группы организмов имеют высокие темпы [эволюции]», — сказал О’Меара. «Мы обычно ожидаем, что прошлое выглядит как настоящее, но эта закономерность предполагает, что темпы всего увеличиваются по направлению к настоящему».

Скорости видообразования, изменения размеров тела и даже темпы вымирания кажутся выше на коротких временных масштабах. Например, относительно молодые воробьинообразные птицы, по-видимому, эволюционируют быстрее, чем птицы в целом. «Наблюдение за чем-либо в течение 10 лет даёт более высокую скорость, чем наблюдение в течение 50 лет», — пояснил он.

«Мы думали, что это связано с предвзятостью в выборе объектов для изучения», — объяснил О’Меара. «По аналогии из одной из наших статей: люди изучают спортивные автомобили и игнорируют минивэны, поэтому смотрят только на быстрые или впечатляющие примеры и не учитывают медленные или скучные, создавая смещение».

Вместо этого О’Меара и Боли показывают, что эту закономерность можно объяснить статистическим шумом или связанными факторами в уравнении, используемом для расчёта скорости изменения. Они предлагают термин «tip fog» (туман на кончиках) для описания дисперсий, возникающих из-за различных механизмов.

«Это могут быть краткосрочные эволюционные изменения: например, изменение размера клюва у птиц, когда только особи с крупными клювами могут расколоть семена, доступные во время засухи», — сказал О’Меара. «Или это могут быть такие вещи, как погрешность измерений: какова длина растягивающегося щупальца кальмара? Ещё одна возможность — краткосрочные экологические изменения: тёплое лето приводит к появлению более высокого растения по сравнению с растениями из более прохладного лета 50 лет назад».

Разработанное ими уравнение и программное обеспечение предполагают один тип ошибки. «Вероятно, это довольно хорошее первое приближение, но могут существовать и другие виды ошибок, которые делают интерпретацию реконструированных темпов всё ещё неопределённой неожиданными способами», — отметил он. «Я был бы рад, если бы наше решение полностью исправило проблему, позволив неограниченно исследовать остаточные скорости, но я не думаю, что мы ещё совсем там».

Более точные оценки могут привести к лучшим ответам на многие вопросы, связанные с изменением темпов, например, растёт ли скорость вымирания из-за влияния человека или приводит ли смена антибиотиков к более быстрому росту популяции бактерий.