Объяснение различий в скоростях эволюции
Ученые используют окаменелости и филогенетические деревья для определения скорости эволюции, но часто получают противоречивые результаты. Новая модель исследователей ETH Zurich помогла разрешить эти противоречия.
Скорость, с которой эволюция порождает новые виды растений и животных или приводит к вымиранию существующих, представляет большой интерес. Эти темпы видообразования и вымирания многое говорят об истории нашей планеты.
Загадочное несоответствие
Определить частоту появления и исчезновения видов в прошлом сложно. Ученые используют два косвенных метода:
- Данные окаменелостей, датированные разными геологическими эпохами.
- Филогенетические деревья ныне живущих видов, построенные на основе анализа ДНК.
Проблема в том, что эти подходы часто дают конфликтующие результаты: скорости, полученные из палеонтологической летописи, обычно значительно выше, чем рассчитанные филогенетическими методами.
Объединение подходов
Рэйчел Уорнок и Таня Штадлер из группы Computational Evolution ETH Zurich вместе с коллегами нашли объяснение этому несоответствию. Разные методы основаны на разных предположениях о том, как образуются новые виды. Если учесть эти различия, результаты можно согласовать.
Исследователи продемонстрировали это на примере различных групп животных, таких как киты, псовые и полорогие. Ключевую роль сыграла разработанная ими компьютерная модель, которая позволяет объединить обе перспективы. Результаты работы опубликованы в журнале Nature Communications.
Понимание видообразования
Современная наука признает не один, а несколько механизмов возникновения новых видов. Каждый механизм дает разный результат:
- Почкование: от существующего вида ответвляется новый, а исходный вид продолжает существовать (1 новый, 0 вымерших).
- Кладогенез: вид разделяется на два новых, а исходная форма вымирает (2 новых, 1 вымерший).
- Анагенез: вид постепенно превращается в новый, а исходная форма в процессе вымирает (1 новый, 1 вымерший).
Статистические методы анализа филогений и окаменелостей ранее не учитывали эти возможности явным образом. Новая модель включает их, обеспечивая совместимость оценок скоростей видообразования и вымирания из разных источников данных.
Модель также указывает на преобладающий механизм видообразования в конкретной группе. Например, для китов анализ эволюционного дерева и палеонтологической летописи показывает, что наиболее частым режимом мог быть анагенез (режим 3).
Эта модель поможет в будущих исследованиях получить новые insights в эволюцию организмов и лучше, чем прежде, согласовывать результаты палеонтологического и филогенетического анализа.