Определение темпа эволюции у разных видов

Учёные из Дании и Китая оценили частоту зародышевых мутаций у позвоночных, секвенировав и сравнив генетические образцы от 151 трио (мать, отец и потомок) 68 видов млекопитающих, рыб, птиц и рептилий. Для чтения, анализа и сравнения геномных мутаций, происходящих ежегодно и между поколениями у каждого вида, был разработан биоинформатический пайплайн.

Исследование опубликовано 1 марта 2023 года в журнале Nature.

Знание частоты зародышевых мутаций позволит лучше понять движущие силы эволюции и оценить время возникновения вида. Несмотря на разнообразие эволюционных путей у 68 видов, исследователи обнаружили, что частота зародышевых мутаций относительно консервативна.

Скорость эволюции вида зависит от скорости накопления мутаций. В отличие от соматических мутаций, которые могут возникать в ДНК любой клетки тела, но не наследуются, зародышевые мутации происходят только в репродуктивных клетках и передаются следующему поколению.

Частота зародышевых мутаций варьировалась у всех изученных видов. Хотя самые высокие показатели мутаций на поколение были обнаружены у рептилий, разница между четырьмя основными классами позвоночных не была статистически значимой. Среди видов наибольший разброс показателей был у птиц. Более значимыми факторами оказались промежуток времени между поколениями, возраст достижения половой зрелости и скорость размножения.

Виды с большей долгосрочной эффективной численностью популяции, как правило, имели более низкую частоту мутаций на поколение, в то время как виды с более длинными интервалами между поколениями — более высокую.

Возраст отца был наиболее значимой переменной, объясняющей увеличение числа вариантов у млекопитающих и птиц. Исследователи пояснили: «Хотя большинство птиц и млекопитающих непрерывно производят сперматозоиды, рептилии и рыбы, как правило, являются сезонными производителями, вырабатывая сперматозоиды в ограниченный период перед брачным сезоном, что снижает разницу в количестве клеточных делений между самцами и самками», что даёт меньше возможностей для возникновения мутаций.

Хотя частота зародышевых мутаций определяет темп эволюции вида, она сама является эволюционирующим параметром, на который, по-видимому, влияют жизненные стратегии животных. Дальнейшие исследования позволят учёным раскрыть механизмы, определяющие темп эволюции.

Это последнее исследование показывает, как много можно узнать благодаря хорошо спланированным экспериментам, надёжному доступу к машинам для секвенирования генов нового поколения и грамотно построенному биоинформатическому пайплайну для обработки огромного объёма данных, необходимого для тщательного изучения даже небольшой выборки эволюционирующих животных.